Текст
                    IS к.

МЕТИЗНОЕ ПРОИЗВОДСТВО Я кии гво г I и и юи ЮЙ !0Й
УДК 621.735.32 :6Й 1.882.1 Рецензент инж. Ю. Я. Захаров УДК 621.735.32 : 621.882.1 Производство болтов холодной объемной штамповкой. М о к р и н- ский В. И. М., «Металлургия», 1978. 72 с. (Серия «Метизное про- изводстно). Освещены вопросы классификации болтов, рассмотрены требова- ния к исходной заготовке, дана характеристика процесса холодной штамповки и описаны технологические процессы холодной штамповки болтов, оборудование и инструмент, применяемые для производства болтов. Рассмотрены виды брака при изготовлении и основные на- правления развития производства болтов. Кратко изложены вопросы техники безопасности на рабочем месте прессовщика. Предназначена для рабочих, занятых в производстве крепежных изделий. Может быть полезна мастерам, технологам, а также уча- щимся профтехучилищ и студентам средних и высших учебных заве- дений. Ил. 24. Табл. 11. © Издательство «Металлургия», 1978 _ 31010—140 м —--------- 040(01)—78 87—78
ОТ РЕДАКТОРА Производство крепежных изделий относится к чет- вертому переделу металлургии. Эта область металлур- гии находится на стыке с машиностроением, поэтому до настоящего времени результаты исследовательских работ, обзорные материалы и другие специальные данные по производству крепежных изделий рассеяны по большому числу источников ведомственного харак- тера. В связи с этим особого внимания заслуживают книги, в которых объединены материалы по производ- ству определенных видов изделий, рассчитанные в первую очередь иа рабочих крепежных цехов. К числу таких книг относится предлагаемая работа. Крепежные изделия используются практически во всех машинах и механизмах. Болты в свою очередь являются самым распространенным видом этих изде- лий. Технический уровень производства болтов в из- вестной мере характеризует состояние крепежного производства в целом, а технология и оборудование, используемые для производства болтов, имеют много общего с производством других видов крепежных из- делий. В книге рассмотрены вопросы выбора материала болтов, подготовки металла к штамповке, оборудова- ние и технологический инструмент для холодной объемной штамповки болтов. В книге описано большинство вопросов, знание ко- торых необходимо рабочему-прессовщику для успеш- ной работы на современном высокопроизводительном оборудовании. Однако не все вопросы освещены одинаково полно. Сравнительно ограничены материалы по производству болтов с фасонной головкой, по термической обработке болтов и нанесению защитных покрытий. Книга написана на основе обобщения опыта пере- довых предприятий, в ией использованы работы ВНИИметиза, МВТУ им. Баумана и других научных организаций, работающих в этой области. Можно на- деяться, что она заслужит внимание читателей, интере- сующихся основами современной техники и технологии производства болтов. Г (0,25) Зак. 130 3
ПРЕДИСЛОВИЕ Исторические решения XXV съезда КПСС о разви- тии промышленности, ускорении темпов научно-техни- ческого прогресса и повышении качества и эффектив- ности труда требуют применения экономичных и высо- копроизводительных процессов производства продукции массового назначения. Крепежные изделия являются одними из самых рас- пространенных деталей машин и различных конструкций. Потребность в них составляет 1,1—1,2% от выплавки стали. Среди крепежных изделий наибольший процент составляют резьбовые (до 60% номенклатуры деталей машин): болты, винты, шпильки, гайки, шурупы. Ча- ше всего применяют резьбовые соединения типа болт — гайка. Болты изготовляются холодной и горячей штампов- кой, а также точением. Применение различных методов изготовления обусловлено техническими возможностя- ми оборудования, свойствами исходного материала, конструкцией и требуемыми механическими свойства- ми готовых изделий. Холодной штамповкой изготовляются 87% крепеж- ных изделий, горячей штамповкой 9%. и только 4% точением. В дальнейшем следует ожидать еще боль- шего увеличения процента болтов, изготовляемых хо- лодной штамповкой. Распространение процесса холодной штамповки обусловлено его высокой экономичностью. При этом способе значительно сокращаются отходы металла (коэффициент использования металла 95—98% вместо 30—50% при обработке резанием), снижается трудо- емкость изготовления болтов и увеличивается их проч- ность. В книге приводится существующая классификация болтов, излагаются вопросы подготовки металла к хо- лодной штамповке, рассматриваются технологические процессы холодной штамповки болтов, оборудование и инструмент для осуществления процессов штамповки.
Глава I КЛАССИФИКАЦИЯ БОЛТОВ 1. ВИДЫ БОЛТОВ И ТИПОРАЗМЕРЫ К болтам относятся стержни с винтовой канавкой на одном кон- це и головкой на другом, служащие для разъемных соединений от- дельных частей машин и конструкций при помощи гайки. По форме головки болты разделяются на болты с многогран- ной головкой, чаще всего с шестигранной, и болты с фасонной го- ловкой (полукруглой, потайной, клеммные, закладные, стыковые и др.). Наибольшее распространение получили болты с шестигранной головкой, которые применяются в соединениях, испытывающих на- грузки самого различного характера: статические, циклические, ди- намические (ударного характера). Болты с шестигранной головкой используются как тяжелопагруженные детали в двигателях внут- реннего сгорания (шатунные болты), в ходовой части гусеничных тракторов (башмачные болты), во фланцевых соединениях сосудов, находящихся под давлением, и др. Болты с шестигранной головкой различаются: 1. По диаметру резьбы и безрезьбовой части стержня. Стандарты включают болты с диаметром резьбы от 1,6 до 160 мм. Наибольшее применение имеют болты с диаметром резьбы до 48 мм. Стандарты на эти болты выделены в самостоятельную группу. По диаметру гладкой 1(безрезьбовой) части стержня болты раз- деляются на; а) болты с диаметром гладкой части стержня, равным наруж- ному диаметру резьбы (ГОСТ 7796—70, ГОСТ 7798—70, ГОСТ 7805—70, ГОСТ 7808—70 и др.); б) болты с диаметром гладкой части стержня, приблизительно равным среднему диаметру резьбы (ГОСТ 7795—70, ГОСТ 7811— 70, ГОСТ 15590—70). Эти болты для улучшения центрирования стер- жня в отверстии скрепляемых деталей имеют направляющий подго- ловок длиной не менее половины диаметра. 2. По длине стержня и длине резьбы. Длина стержня болтов колеблется в широком диапазоне от 1,0 d до 10—30 d (d— диаметр резьбы). Абсолютная длина резьбовой части стержня увеличивается с увеличением диаметра стержня, а относительная длина — уменьша- ется и составляет от 5 d до 2 d. Различают болты с резьбой до го- ловки и имеющие безрезьбовой участок стержня. 3. По размеру «под ключ» S. Существуют болты с нормальным размером «под ключ» S = = 1,54-1,6 d и с уменьшенным 1,34-1,4 d. Болты с уменьшенным размером «под ключ» имеют соответственно меньшую опорную по- верхность и поэтому могут применяться в соединениях с понижен- ными требованиями к прочности на смятие под головкой. Болты с шестигранной головкой изготовляются в нескольких ис- полнениях: основное (рис. 1,а) (без отверстий или углублений), с отверстиями в стержне или головке (рис. 1,6, в) или с углублением в головке ‘(рис. 1. г. д'). Болты с отверстиями в головке или в стер- жне применяются в соединениях, требующих предохранения от са- 2 Зак. 130 5
моотвипчивания. Стопорение осуществляется с помощью шплинтов (проволоки), вставляемых в отверстие, просверленное в стержне или головке болта. Углубление в головке выполняется для облегчения оформления шестигранника в процессе безотходной высадки го- ловки. Рис, 1. Виды болтов с шестигранной головкой Головка болта может иметь опорную шайбу (рис. 1,а). При изготовлении головки болтов с опорной шайбой уменьшается вели- чина смещения оси опорной поверхности относительно оси стержня и снижается вероятность появления заусенцев на опорной поверх- ности. 4, По точности изготовления (повышенной, нормальной, грубой). Болты разной степени точности отличаются: а) точностью выполнения размеров (диаметра, длины, высоты головки н др.); б) величиной отклонения от правильной геометрической формы (иесоосности головки и стержня, резьбовой и безрезьбовой частей стержпя, неперпендикулярности опорной поверхности головки от- носительно оси стержня, уклона граней и т. д.); в) дефектами внешнего вида '(срезами или сколами металла на гранях, заусенцами на опорной поверхности, выкрашиванием ни- ток резьбы и др.). Дефекты внешнего вида и величины отклонений от правильной геометрической формы для болтов с диаметром резьбы до 48 мм регламентируются ГОСТ 1759—70. Болты с фасонной головкой в зависимости от вида головки и подголовка предназначаются преимущественно для соединения кон- струкций из дерева и листового металла. Стандарты па болты с фа- сонной головкой охватывают болты с диаметром резьбы от 5 до 24 мм длиной от 2 d до 30 d. В зависимости от формы и размера го- ловки и типа подголовка болты изготавливают: с полукруглой го- ловкой и усом (рис. 2,а); с полукруглой головкой и квадратным под- 6
головном (рис. 2,5); с потайной головкой и усом (рис. 2,s); с потай- ной головкой и квадратным подголовком (рис. 2,г); шинные (с по- тайной головкой) D = 1,7-j-1,8 d, где D — диаметр головки. Стандарты на болты с полукруглой головкой (включают болты с облегченной головкой D— 1,7-?1,8 d, с нормальной головкой D = = 2,24-2,3 d и увеличенной головкой /jD = 3,0 d). Потайные головки бывают облегченные и нормальные. Рис. 2. Виды болтов с фасонной головкой Болты с фасонной головкой изготавливают грубой точности с резьбой крупного шага по ГОСТ 16093—70. Болты с увеличенным диаметром головки (свыше 2rf) при- меняют преимущественно для крепления деревянных конструкций, так как большая опорная поверхность под головкой уменьшает ве- роятность смятия древесины. Болты с диаметром головки менее 2 d применяют в основном для соединения конструкций из металла. Болты закладные, клеммные и стыковые применяют для рельсо- вых скреплений железнодорожного пути. Клеммные и закладные болты изготовляют одного диаметра резьбы —22 мм с крупным ша- гом (преимущественно горячей штамповкой). Стыковые болты из- готавливают горячей штамповкой. 2. МАТЕРИАЛ И КЛАССЫ ПРОЧНОСТИ БОЛТОВ Механические свойства крепежных изделий с диаметром резь- бы до 48 мм и материалы для их производства регламентируются ГОСТ 1759—70. Для болтов установлены три группы материалов: углеродистые и легированные стали; коррозиопностойкие, жаропрочные, жаростой- кие и теплоустойчивые стали; цветные сплайьк В основном применяют болты из углеродистых и легированных сталей; болты, изготовленные пз материалов второй и третьей груп- пы, применяют в специальных случаях при жестких требованиях к жаропрочности, коррозионной стойкости, габаритам и весу соедине- ний. Болты изготавливают как из спокойных, так и из кипящих ста- лей. Учитывая, что кипящие стали более склонны к хладноломкости, 7
Глава II ИСХОДНАЯ ЗАГОТОВКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ БОЛТОВ 1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КАЧЕСТВУ МЕТАЛЛА Стабильность технологического процесса штамповки и качество штампуемых болтов во многом определя- ются качеством исходного металла. Холодная штам- повка предъявляет специфические требования к исход- ному металлу. Материал, применяемый для холодной штамповки, должен обладать высокой пластичностью, иметь равномерные механические свойства н химиче- ский состав и не иметь поверхностных и внутренних дефектов. Деформируемость металла в холодном состоянии, т. е. его способность претерпевать пластическое фор- моизменение без разрушения, зависит от многих фак- торов: качества поверхности заготовки; химического состава; структуры; механических свойств и технологи- ческих параметров процесса штамповки. Дефекты поверхности металла заготовки являются одной из основных причин возникновения надрывов и трещин при холодной штамповке. Оии могут образовы- ваться на разных стадиях переработки металла, начи- ная от разливки стали и кончая калибровкой перед высадкой. Дефектами разливки являются газовые пузыри, расположенные внутри или на поверхности металла, неметаллические включения, пористость и др. Газовые пузыри возникают обычно в кипящей стали, в спокой- ной образуется неравномерно расположенная пори- стость. При прокатке дефекты слитков способствуют образованию на поверхности проката трещин, закатов, глубоких рисок, волосовин, которые необходимо уда- лять перед процессом холодной деформаций. Исследование влияния глубины и конфигурации по- верхностных дефектов на деформируемость углероди- стой стали проводят путем осадки образцов с искусст- 10
вснно нанесенной трещиной различной глубины, раз- личным углом и радиусом при вершине. Установлено, что дефекты (волосовины, риски, плены и др.) глуби- ной 0,05 мм и более при высадке с большими степеня- ми деформации раскрываются, образуя трещины. Для снижения брака при холодном прессовании не- обходимо удалять дефекты с поверхности обрабатывае- мого металла. Поэтому поверхность слитков перед прокаткой необходимо зачищать. На металлургических заводах зачистку проводят механическим или огневым способом. При нагреве слитков перед прокаткой необходимо добиваться наименьшего обезуглероживания. На обез- углероженной поверхности вследствие ее пониженной твердости при прокатке образуются более глубокие риски и царапины. Количество дефектов, образующихся при прокатке, зависит также от степени износа валков. По мере из- носа на поверхности ручьев прокатных валков появля- ются надрывы металла, выступы, углубления и т. д. Эти неровности отпечатываются на горячем металле и за- катываются на последующих переходах, что приводит к нарушению сплошности металла. Поверхностные дефекты могут образоваться, при калибровке металла перед штамповкой. К таким де- фектам относятся риски и царапины, имеющие иногда большую протяженность по длине. Устранению этих дефектов способствуют: качественное травление (при неудовлетворительном травлении иа металле остаются частицы окалины, способствующие образованию рисок н царапин на волочильном инструменте и металле); применение волок с правильной геометрией рабочего канала; применение качественной смазки при калиб- ровке. Пластичность стали во многом определяется ее химическим со- ставом. Так, увеличение содержания углерода в стали снижает ее пластичность н деформируемость, приводит к увеличению прочност- ных характеристик. Стали с содержанием углерода 0,257а необ- ходимо отжигать для увеличения пластичности. Практически стали с содержанием углерода^ 0,5% можно штамповать только после предварительного подогрева. Повышенное содержание кремния в стали резко снижает ее пла- стичность; при деформировании в холодном состоянии вызывает зна- чительный разогрев заготовки, снижает стойкость инструмента, по- вышает усилия штамповки и приводит к образованию трещин. 11
При увеличении содержания Si в стали увеличиваются НВ, <зл, аг, с увеличением содержания Si на 0,06% <Гв повышается на 1,1 кгс/им2. В результате добавки кремния сталь загрязняется неметалличе- скими включениями, а при содержании Si>0,15% их количество резко возрастает. Установлено, что содержание Si не должно пре- вышать: 0,03—0,07% — в низкоуглеродистых сталях; 0,15% — в среднеуглеродистых; 0,2% —в легированных. С повышением содержания марганца в стали также увеличива- ются НВ аВ) 'От и снижаются 65, ф, аа- Сталь с повышенным содер- жанием Мп не смягчается отжигом и является труднодеформируе- мой. Содержание Мп не должно превышать: 0,5% в низко углероди- стых сталях; 0,65% в среднеуглеродистых сталях. Содержание хрома более 1%, особенно в высокоуглеродистой стали, повышает прочность и понижает ее пластичность. При содер- жании в стали менее 0,3% С влияние Ст на снижение пластичности незначительное. Добавка хрома при снижении содержания углерода улучшает штампуемость стали. Никель снижает пластичность большинства углеродистых ста- лей и повышает сопротивление деформации, усиливает склонность стали к налипанию на инструмент при штамповке. Присутствие серы и фосфора в стали увеличивает ее хрупкость в процессе .высадки. Содержание серы и фосфора в стали не должно превышать 0,03—0,04%. Наибольшее применение для холодной штамповки болтов имеет кипящая сталь. Кипящая сталь по сравнению со спокойной имеет пониженную ударную вязкость, более неоднородна по химическому составу и содержит больше загрязнений. В то же время она обла- дает пониженным сопротивлением деформации из-за более низкого содержания кремния (до 0,03%) и меньшей твердости поверхно- стного слоя. Кипящую сталь можно штамповать с более высокими степенями деформации. Применение кипящей стали для изготовления болтов ограничи- вается ее повышенной склонностью к хрупкому разрушению при по- ниженных температурах .(хладноломкость). Структура исходного металла играет важную роль при холодной штамповке. Макроструктура стали, при- меняемой для холодной штамповки, должна характе- ризоваться полной однородностью, отсутствием усадоч- ной раковины, расслоений, неметаллических включе- ний, пористости, пузырей, трещин <и т. д. Особенное влияние на штампуемость оказывают неметаллические включения и ликвационная зона — дефекты, встречающиеся наиболее часто. Сталь, имею- щая большое количество неметаллических включений, при холодной штамповке склонна К трещинообразова,- нию. Ликвационная зона по площади не должна превы- шать 40% сечения металла, причем должна находиться в центре сечения, не имея выхода в наружные слои. Это требование вызвано тем, что твердость лнквационной зоны на 25—30% выше твердости основного поверх- 12
костного слоя. Смещение ликвационной зоны от центра сечения и особенно выход на боковую поверхность могут привести к браку при штамповке. Структура перлита оказывает определяющее влия- ние на штампуемость стали. Сталь с перлитной струк- турой, состоящей из чередующихся слоев феррита и тон- Рис. 3. Структура перлита. Х1000: а — пластинчатого; б — зернистого; в — сорбитообразного ких пластинок цементита (рис. 3, а), обладает повы- шенным сопротивлением' холодной деформации. Поэ- тому соответствующей термообработкой добиваются такого видоизменения характера структуры перлита, чтобы пластинки цементита преобразовались в частич- ки сферической формы, распределенные по ферриту. Такую структуру называют структурой зернистого пер- лита (см. рис. 3,6) или (более правильно) сфероидаль- ного цементита. Она характеризуется -перлитным числом, которое может изменяться от 0 до 100 и обозначает процент содержания сфероидального цементита в об- 13
щей массе перлита. Для холодной штамповки нанлуч- шей считается структура с перлитным числом 70—80. Структуру сфероидального цементита получают от- жигом при температуре 680—720° С с последующим медленным охлаждением. Для сталей с содержанием углерода более 0,3% оптимальной структурой считается сорбитообразный перлит (см. рис. 3, в). На процесс холодной штамповки оказывает влияние величина зерен металла. При очень мелком зерне уве- личивается сопротивление деформации; крупное зерно сообщает стали хрупкость. Оценку величины зерен производят по десятибалльной шкале: большему числу баллов соответствует меньшая величина зерна. Опти- мальной считается величина зерна, соответствующая № 6—8. Механические свойства заготовки, предназначенной для холодной штамповки, должны обеспечивать ее не- обходимую деформируемость. Ниже рассмотрено влия- ние основных механических свойств. Высокая прочность затрудняет процесс холодной штамповки стали, поэтому верхние значения временно- го сопротивления .ов для штампуемой стали ограничи- ваются величиной 40—80 кге/мм2. Однако получают качественные изделия из металла с величиной «огв до 90—ПО кге/мм2. Возможности штамповки болтов из стали с высокими значениями п3 определяются техно- логией подготовки металла к штамповке. Величина относительного сужения ф считается ос- новным показателем пластичности штампуемого ме- талла. Считается, что при ip7^>60% сталь весьма пластична, при 50%;<ф60% сталь достаточно пластична, при ф<50% сталь ие пригодна для холодной штамповки. С уменьшением отношения предела текучести к вре- менному сопротивлению повышается пластич- ность стали. Наилучшей штампуемостью обладает сталь, имеющая отношение <тт/(Тв^0,65. Необходимо отметить, что при определении механи- ческих свойств металла (ов, .От, ф и др.) дефекты по- верхности (плены, закаты, риски, волосовины и пр.), вызывающие появление трещин при высадке, не оказы- вают влияния на результаты испытаний, т, е. на изме- ряемые характеристики. Поэтому при наличии значи- 14
тельного количества поверхностных дефектов металл даже с высокими значениями ф н малыми сгт/ттв и ств и имеющий оптимальную структуру может оказаться совершенно непригодным для холодной штамповки. Влияние поверхностных дефектов устанавливается испытанием на осадку до V2 первоначальной высоты образца (см. ГОСТ 10702—63). Практически этот ме- тод не позволяет в полной мере оценить влияние де- фектов на процесс штамповки, так как степень дефор- мации при холодной штамповке значительно превышает степень деформации при осадке до !/2 высоты. При штам- повке болтов с нормальной головкой относительная де- формация головки может достигать 80%. Испытание на осадку до */з—*/4 первоначальной высоты позволяет лучг ше оценить пригодность металла для холодной штампов- ки, однако и оно не во всех случаях может гарантиро- вать необходимое качество металла, так как при этом не учитывается неравномерность распределения дефек- тов по длине прутка (бунта). 2. СОРТАМЕНТ СТАЛИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К НЕЙ Металлургические заводы поставляют горячекатаный металл с отклонениями па диаметр по ГОСТ 2590—71. При холодной штамповке болтав на прессах-автоматах диаметр исходной заготовки должен соответствовать 3- и 4-му классам точ- ности. Использование металла с большим полем допуска, чем для ука- занных классов точности, вызывает ухудшение качества отрезки и может привести к несооспости заготовки и канала матрицы, к недо- статочному зажиму ее в ручье инструмента. Следствием этого явля- ется снижение качества штампуемых болтов (увеличение несоосно- стп головки и стержня, дефекты поверхности торцов). Увеличение диаметра заготовки затрудняет заталкивание ее в канал матрицы, что может привести к изгибу заготовки. Кроме того, при использовании горячекатаной мягкой стали (малоуглеродистой) снижается устойчивость высаживаемой части заготовки, происходит налипание металла на инструмент, что сни- жает стабильность технологического процесса и вызывает ухудше- ние качества болтов. При штамповке заготовка должна полностью и равномерно заполнять отверстие матрицы, мягкая сталь деформи- руется неравномерно, что способствует изгибу стержня болта. Для устранения этих явлений для холодной штамповки на прес- сах-автоматах используют калиброванный металл круглого сечения диаметром от 3 до 30—55 мм преимущественна в виде бунтов или реже (при диаметре свыше 25—30 мм)—в прутках. Технические требования на исходную заготовку регламентируются ГОСТ 15
10702—63. «Сталь для холодной высадки», ГОСТ 1050—74. «Сталь углеродистая качественная конструкционная», ГОСТ 360—71. «Сталь углеродистая обыкновенного качества», ГОСТ 4543—-71 «Сталь ле- гированная конструкционная». Сортамент калиброванного металла регламентируют ГОСТ 10702—63, ГОСТ 7417-—75. Преимуществен- ное применение для штамповки имеет сталь по ГОСТ 10702—63. Калиброванная сталь для штамповки болтов поставляется в нагартованном (наклепанном) состоянии. Наклеп возникает за счет обжатия при волочении горячекатаной стали. Твердость на- гартованной стали, величины временного сопротивления и относи- тельного сужения не должны превышать норм, установленных соот- ветствующими стандартами. Поверхность калиброванной стали должна быть чистой, гладкой, светлой или матовой без трещин, волосовин, закатов, плен, окалины. Допускаются отдельные мелкие риски механического происхождения в пределах V4 предельных отклонений на диаметр, а также отдель- ные вмятины и рябизна в пределах полусуммы допусков. Макроструктура не должна иметь усадочной раковины и рых- лости, трещин, пузырен, расслоений, неметаллических включений и флокенов, видимых без применения увеличительных приборов при проверке на изломах или протравленных образцах. Необходимо отметить, что показатели, нормируемые стандарта- ми, и, <в частности, ГОСТ 10702—63, не полностью удовлетворяют требованиям к металлу, предназначенному для холодной высадки. Так, величина относительного сужения для ряда сталей нормирует- ся меньшей 50%, испытание на осадку предусмотрено только до Vs первоначальной (высоты, пет требования обязательной зачистки поверхности и др. 3. ПОДГОТОВКА МЕТАЛЛА К ШТАМПОВКЕ Металл, предназначенный для штамповки, должен иметь чистую и блестящую поверхность, свободную от окалины, жировых и других загрязнений, и содержать прочно удерживаемую на поверхности технологическую смазку. Подготовка поверхности заготовки включает опера- ции: очистку поверхности от окалины, жировых <и дру- гих загрязнений; иаиесеиие подсмазочиого слоя (носи- теля смазки); нанесение технологической смазки. Прокат или термически обработанный металл имеет на поверхности окисную пленку — окалину, которая должна быть удалена для предупреждения преждевре- менного износа технологического инструмента и полу- чения чистой и точной заготовки. Основным способом удаления окалины с заготовок, предназначенных для холодной штамповки болтов, является травление. Травление углеродистых сталей производят главным образом в растворе, содержащем 8—20% серной кис- 16
лоты, при температуре 50—80°С в течение 10—120 мнн, или в концентрированной соляной кислоте при 20— 30° С в течение 5—30 мин. Продолжительность трав- ления зависит от марки стали, диаметра и состояния поставки (прутки, бунты) металла и концентрации раствора. Таблица I ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ТРАВЛЕНИЯ СТАЛЕЙ В РАСТВОРЕ С 12% H2SO4 ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 60—85°С Марка стали; Дна- метр прут- ка, мм Продолжительность травления металла, мин Марка стали Диа- метр прут- ка. мм Продолжительность травления металла, мин горяче- катаного стожже- ного горяче- катаного отожже - него Прутковый металл Металл в бунтах 10—30 14—30 15—35 20—40 10—30 6,5 15—25 20—30 10—30 31—50 20—35 25—40 10—30 10—16 15-30 25—40 35—50 14—30 15—30 20—35 35—50 6,5 15—25 20—30 35—50 31—50 20—35 25—40 35—50 10—16 15-30 20—35 40Х 15—30 15—25 20—30 40Х 6,5 15—25 20—25 40Х 31—50 15—30 20—35 40Х 10—16 15—25 20—30 В табл. 1 приведена продолжительность травления металла в растворе с 12% H2SO4 по данным Дружков- ского метизного завода. Продолжительность травления в зависимости от концентрации раствора по данным Магнитогорского метизно-металлургического завода приведена в табл. 2. Травление нержавеющих сталей производят в следую- щих растворах: а) поваренная соль+сер- ная кислота; б) поваренная соль-)-нат- риевая селитра+серная кис- лота; в) соляная кислота 4- азотная кислота; Травление нержавеющей стали проводится в раство- ре, содержащем 16—18% серной кислоты и 3—5% по- варенной соли, при темпера- туре 72—80° С в течение 2—3 ч. Таблица 2 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ТРАВЛЕНИЯ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ Концент- рация HsSO4 в раство- ре, % Темпера- тура раствора, °C Продол- житель- ность травления, мин 15-14 70 25—30 13—12 70 30—35 11-10 75 35—40 9—8 75 40—50 7—5 80 50—60 4—2 80 60—70 2—0,5 85 70—80 17
Травление меди, латуни Л63, Л62 производят в растворе, содержащем 3—10% H2SO4 при температуре 20—40° С. Травление алюминиевых сплавов проводят в рас- творе с 5—10% едкого натра ю последующим погруже- нием в раствор с 10—15% азотной кислоты (пассиви- рованием) . После травления для удаления травильного шлама и кислоты металл промывают в горячей и холодной воде. Промывка стальных заготовок в горячей воде производится при температуре 50—70° С в течение 1—2 мин, холодная промывка осуществляется водой под давлением 5—7 ат. в течение 1—2 мин. Для нейтрализации остатков серной кислоты и уменьшения коэффициента трения при калибровке и холодной штамповке металл подвергается известкова- нию в растворе, содержащем 3—5% извести . (СаО), при температуре 100° С (2—3 погружения). Допуска- ется выработка раствора до концентрации СаО 0,5— 1°/о- На поверхности металла должна быть сплошная пленка извести. Нейтрализацию кислоты можно про- изводить в водном растворе мыла с концентрацией 0,5—0,8 г/л при температуре раствора 70—80° С в те- чение 2—3 мин. После нейтрализации с целью преду- преждения коррозии металл подвергается сушке при температуре 100—120° С в течение 15—20 мин. Для повышения надежности сцепления смазки с де- формируемым металлом заготовку целесообразно по- крывать подсмазочны.м слоем. Поде м аз очное покрытие способствует снижению трения при штамповке и повы- шает стойкость штампового инструмента. Особенно эффективно применение подсмазочного слоя при штам- повке болтов с редуцированием 'стержня. Нанесение подсмазочного слоя производятся перед волочением или после волочения (перед штамповкой). Наибольшее распространение получило нанесение подсмазочиого слоя перед волочением, так как при этом слой носителя смазки получается более равномер- ным по толщине и надежно сцепленным с основным металлом. Заготовки из углеродистых и низколегированных сталей чаще всего подвергают фосфатированию. Фос- фатирование заключается в обработке металла в 2,5— 3%-ном растворе кислой фосфорнокислой соли цинка, 18
Температура раствора 60—80° С. Продолжительность фосфатирования равна 5-15 мин. Фосфатный слой может деформироваться без разрушения вместе с ос- новным металлом. Фосфатное покрытие действует как непрерывный разделяющий слой между контактными поверхностями инструмента и заготовки, уменьшая трение, предотвращая налипание металла на инстру- мент и хорошо удерживая смазочное вещество. Фосфа- тирование в 1,2—1,3 раза снижает усилия деформиро- вания. Процесс подготовки металла с нанесением фосфат- ного слоя состоит из следующих операций: 1) травле- ние (при фосфатировании волоченого металла — обез- жиривание) ; 2) промывка водой; 3) фосфатирование; 4) промывка водой; 5) известкование нли омыление; 6) сушка. Фосфатное покрытие считается качественным, если после волочения сохраняется зеркальный цвет (от чер- ного до серого), при этом чем темнее цвет волочения, тем лучше покрытие. При подготовке поверхности заготовок из нержа- веющих сталей (12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т и др.) вместо фосфатирования используют известково-солевое покры- тие. Оно не требует дополнительных операций для хи- мического разрушения пленки, образующейся на по- верхности нержавеющей стали в процессе травления (пассивирования), и позволяет работать на высоких скоростях при волочении. Нержавеющие и жаростойкие стали подготавлива- ются к штамповке по следующей технологии: 1) трав- ление, 2) промывка в горячей воде, 3) пассивирование, 4) промывка в горячей воде, 5) нанесение известково- солевого покрытия, 6) сушка, 7) калибровка. Известково-солевое покрытие имеет существенные недостатки. Поваренная соль ускоряет процесс корро- зии металла, в сырую погоду впитывает влагу и за- трудняет процесс волочения. Кроме того, известь очень пылит, засоряет воздух и помещение цеха и тем самым ухудшает услов ия труда. При подготовке к штамповке нержавеющих сталей может применяться меднение. На Дружковском метиз- ном заводе меднение металла, идущего на холодную штамповку болтов (с редуцированием стержня); про- изводится по следующей технологии: а) травление; 19
б) промывка в горячей и холодной воде; в) меднение; г) промывка в холодной воде; д) нейтрализация (из- весткование) ; е) сушка. После калибровки металл подвергается вторичному меднению. Меднение производится в растворе, содер- жащем 120—150 г/л медного купороса, 50—60 г/л сер- ной кислоты и 2—3 г/л столярного клея при темпера- туре раствора 18—22°С в течение 1 — 1,5 мин (двукратное погружение). Меднение считается удовлет- ворительным, если поверхность металла покрыта сплошной медной пленкой без отслоения, рыхлости и просвечивания основного металла (через пленку). Меднение уступает фосфатированию по эффектив- ности снижения коэффициента трения, кроме того, при нанесении медного покрытия трудно контролировать его свойства. Положительные результаты при штамповке трудно- деформируемых сталей дают лаковые покрытия и об- работка в растворе щавелевой кислоты (оксалатирова- ние). Указанные покрытия применяются и при штам- повке цветных сплавов. На калиброванный металл перед штамповкой или в процессе штамповки наносится технологическая смаз- ка. В качестве смазки часто используется мыльная эмульсия. Хорошие результаты дает применение раст- вора сульфида молибдена в машинном масле. В последние годы находят применение в процессах штамповки специальные смазки — укринолы. На мос- ковском заводе «Станкоиормаль» используется сма- зочно-охлаждающая жидкость иа основе парафина (СОЖ В23 К) и укринол 5/5, позволяющие штампо- вать металл без фосфатного покрытия. Для получения заготовки с требуемыми для штам- повки болтов размерами ц необходимыми механиче- скими свойствами применяют,волочение. При волочении с увеличением обжатия повышаются пределы прочно- сти и текучести и снижаются относительное удлинение и сужение. При изготовлении болтов из низкоуглеродистых сталей 10, Юкп, 20, 20 кп волочение, как правило, про- водится с обжатием 12—20% без промежуточного от- жига. Подкат из среднеуглеродистых и легированных марок стали для облегчения процесса волочения от- жигается. 20
Оптимальная схема подготовки к штамповке сред- неуглеродистых и легированных сталей включает: 1) отжиг горячекатаного металла; 2) подготовку по- верхности металла к волочению; 3) волочение с обжатием 25—30%; 4) промежуточный сфероидизиру- ющий отжиг; 5) подготовку поверхности (фосфатиро- вание) ; 6) волочение с обжатием 5—8%. В результате промежуточного отжига после воло- чения стабилизируются структура металла и механи- ческие свойства, способствуя (совместно с последую- щим фосфатированием) снижению усилий штамповки, улучшению качества изделий и повышению износостой- кости инструмента. По рекомендациям ВНИИметиза применение про- межуточного отжига целесообразно и при штамповке болтов (с редуцированием) из сталей 20, 20кп (клас- сы прочности 5.8, 6.8). При отжиге низкоуглеродистых сталей, протянутых с обжатием 8—16%, следует учитывать возможность интенсивного роста зерна, вследствие чего снижается пластичность стали. Поэтому перед отжигом не следу- ет проводить волочение при указанных величинах де- формаций. Глава III ИЗГОТОВЛЕНИЕ БОЛТОВ 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ Холодной пластической деформацией в практике штамповочного производства называют процесс, проте- кающий без принудительного иагрева металла. В процессе деформации происходит механическое упрочнение (наклеп), повышаются твердость деформи- руемого металла, пределы прочности и текучести и снижаются относительное удлинение и сужение. Процесс деформации сопровождается нагревом ме- талла и инструмента, температура которых может до- стигать 300° с. При холодной объемной штамповке всей заготовке придается заданная форма н размеры путем заполне- 3 Зак. 130 21
ння материалом рабочей полости штампов. Высадка, в отличие от штамповки, заключается в осадке части заготовки между подвижным (пуансоном) н неподвиж- ным (матрицей) инструментом. Основными достоинствами холодной штамповки яв- ляются высокая производительность, точность размеров н чистота поверхности изделий, повышенная прочность штампуемых деталей, низкий расход металла, широкий диапазон изготовляемых типоразмеров. Холодной штам- повкой изготовляются болты с диаметром стержня до 30 мм. Однако в последнее время таким способом из- готовляют болты с метрической резьбой, имеющие стержень диаметром до 52 мм. Основной недостаток холодной деформации — сни- жение пластичности металла вследствие наклепа и со- ответственно повышение опасности хрупкого разруше- ния болтов при эксплуатации. Особенно возрастает опасность хрупкого разрушения для болтов из средне- углеродистых н легированных сталей, которые, как правило, необходимо подвергать термообработке, спо- собствующей исключению неблагоприятных последст- вий холодной деформации. Процесс штамповки болтов заключается в том, чтобы из заготовки диаметром меньше диаметра отвер- стия в матрице (на величину зазора) н значительно меньше диаметра наибольшего сечения головки болта можно получить изделие необходимых размеров. Прн выборе технологического процесса холодной штамповки необходимо учитывать следующие пара- метры: 1. Отношение длины свободной осаживаемой части заготовки к ее диаметру /о/^з- Под свободно осаживаемой частью заготовки пони- мается отрезок, заключенный между матрицей и пуан- соном, т. е. отрезок, не контактирующий с инструмен- том. Величина этого отношения характеризует труд- ность процесса формообразования головки болта и устойчивость свободного отрезка металла к продольно- му изгибу. Чем меньше величина l^d^, тем легче про- текает процесс деформации и лучше оформление конечной заготовки. При большой величине отношения возможен изгиб стержня и нарушение правильной кон- фигурации заготовки (возинкновенне прогибов, скла- док), что ведет к браку продукции. 22
Для предотвращения указанных нарушений процес- са высадки отношение длины свободной осаживаемой части к диаметру не должно превосходить определен- ной величины. При превышении этой величины про- цесс формообразования головки разделяется на не- сколько переходов. Практикой установлено, что за один удар можно изготовить стержневые крепежные изделия, у которых 3. За два удара можно высадить изделия с ^/<4^4, 5, за три с Следует отметить, что при высадке болтов с пре- дельным отношением Zq/J0 необходимо обеспечить чи- стый срез заготовки н перпендикулярность плоскости отреза к продольной осн. При осадке заготовки с ко- сым срезом торцовой площадки возможен ее изгиб и, как следствие, брак продукции. Возможность изгиба заготовки прн осадке увеличи- вается со снижением сил трения по контактнруемым поверхностям заготовки и пуансона. Поэтому при не- благоприятных условиях для исключения продольного изгиба заготовки ее концевую часть защемляют в пуансоне. Неблагоприятные условия снижают допустимую дли- ну свободной осаживаемой части заготовки. Например, прн косой отрезке заготовки и неудовлетворительном состоянии рабочей поверхности пуансона предельная величина отношения /о/г/о при высадке за один удар может снизиться до 1,5 d0 и ниже. При высадке головки болта за несколько переходов первые переходы носят подготовительный характер. На подготовительных переходах заготовка принимает про- межуточную форму, при этом вследствие осадки про- исходит уменьшение отношения l0/dQ (для последующе- го перехода). Окончательное оформление головки осуществляется на последнем переходе высадки. 2. Отношение диаметра высаживаемой головкн к ее высоте DjH. Чем больше отношение D[H, т. е. чем меньше вы- сота головки болта и больше диаметр, тем труднее протекает процесс высадки, тем больше усилие для формообразования головкн. Практически влияние величины D и Н оценивают через отношение D/d0 и HjdQ. Отношение H[d$, особен- но для нержавеющей стали, не должно быть меньше 3* Зак. 130 23
0,5. Отношение D/do при высадке за один удар должно составлять не более 2,2, за два удара 2,2—2,6, за три удара 2,6—4,0. 3. Относительная и истинная деформация. Отношение Zo/(4 не .характеризует интенсивности процесса деформирования и является в основном тех- нологическим фактором. Деформация при формообра- зовании головки оценивается величинами относитель- ной деформации е = /lQ или истинной (логариф- мической)) деформации c = ln (Iq/H) =ln (D/d0)2. Кроме того, при оценке процесса осадки необходимо учитывать и величину деформации в поперечном на- правлении (уширение q=(Fi—Fq)/Fi, где Fa и Fi — соответственно начальная и конечная площадь попе- речного сечення заготовки. Прн осадке головок цилиндрической формы величи- ны 8 и q совпадают; для головок, отличных от цилин- дрических, этн параметры различны. При высадке полукруглых, потайных, полупотайных и шестигранных головок болтов величины поперечной деформации различны в различных сечениях головки. В сеченни с наименьшим поперечным размером проис- ходит минимальная деформация, в сечении с наиболь- шим размером — максимальная. В этих случаях необ- ходимо учитывать среднюю и максимальную величину поперечной деформации. Очевидно, что для цилиндрических головок болтов поперечная деформация во всех сечениях головки имеет одинаковую величину. Чем больше величина средней деформации, тем выше усилие формообразования го- ловки, тем больше вероятность появления трещин при осадке, тем важнее пластические свойства металла. Максимальная поперечная деформация для неци- лнндрических головок имеет место на ограниченных участках высаживаемой головки ;и вероятность появ- ления трещин на этих участках зависит главным об- разом от количества и величины дефектов поверхности исходного материала. Таким образом, по величинам деформации определя- ют возможность высадки головкн болтов без нарушений сплошности материала и оценивают силовые параметры высадкн. Прн выборе технологического процесса необхо- димо стремиться к получению минимальной степени де- формации. 24
Степень деформации при высадке головок может быть снижена путем увеличения диаметра исходного металла. Увеличение диаметра исходного металла воз- можно при процессе штамповки, включающем редуци- рование или прямое выдавливание стержня. Редуцирование представляет операцию заталкива- ния заготовки в редуцирующую матрицу (рис. 4, а), сопровождающуюся уменьшением диаметра стержня соответственно диаметру редуцирующего пояска (без осадки заготовки). Качество процесса редуцирования S Рис. 4. Редуцирование (а) и прямое выдавливание (б) определяется, главным образом, продольной устойчи- востью заготовлен (отсутствием изгиба стержня) и зави- сит от ’степени уменьшения сечения стержня при редуци-, роваиии. Предельная величина уменьшения диаметра стерж- ня прн свободном редуцировании составляет 15—16%. Превышение этой величины может привести к изгибу стержня и наплыву металла перед матрицей. Редуцируются, как правило, болты с длиной стерж- ня, не превышающей 10 диаметров резьбы. Редуцирова- ние более длинных заготовок требует повышенной точности изготовления инструмента и часто затрудни- тельно из-за изгиба стержня при выталкивании заго- товки из матрицы. В отечественной и зарубежной прак- тике редуцирование больших длин производится редко и только при значительном снижении скорости редуци- рования. При прямом выдавливании заготовка полностью за- полняет канал матрицы (ом. рис. 4, б), свободная часть отсутствует и опасности потери устойчивости прн заталкивании заготовки практически нет. Выдав- ливанием можно уменьшать диаметр стержня до 50% и более. 25
Благоприятные условия протекания процесса пря- мого выдавливания (неравномерное трехстороннее сжа- тие) способствуют увеличению пластичности металла, поэтому трещины при этом процессе на поверхности изделий, не возникают. При прямом выдавливании воз- можны относительные деформации до 95%. Так же как и редуцирование, выдавливание больших длин не производится. 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ БОЛТОВ Технологический процесс изготовления заготовок болтов с шестигранной головкой (без резьбы) включает в себя образование промежуточной формы головки, окончательное оформление головки (шестигранника), получение стержня с требуемыми размерами, образо- вание фаски. Шестигранную головку можно получить обрезкой предварительно высаженной цилиндрической головки, или пластической деформацией (безоблойиый способ). Фаска на конце стержня также может выполняться как пластической деформацией (прн штамповке бол- тов), так и резанием. Предпочтительным является об- разование фаски резанием на встроенном в высадочный автомат приспособлении, так как при образовании фас- ки выдавливанием в матрице усложняется изготовление матриц, а при накатке резьбы на стержне с выдавлен- ной фаской снижается стойкость накатного инстру- мента. При получении фаски выдавливанием на каждую длину болта требуется своя матрица, в то время как прн штамповке без оформления фаски перестройка ав- томата по длине болта не влечет смены матрицы. Од- нако при штамповке болтов нз низкоуглеродистой стали и при ограниченных перестройках автомата це- лесообразно образование фаскн выдавливанием. Известны следующие основные технологические про- цессы штамповки болтов: без редуцирования; с одно- кратным редуцированием; с двукратным редуцировани- ем; с выдавливанием и редуцированием, безоблойные. Технологический процесс высадки без редуцирова- ния применяется для изготовления болтов М6-М24 с уменьшенной головкой с диаметром гладкой части 26
20 кп. Болты изготовля- термической обработки Рис. 5. Технологическая схема из- готовления болтов высадкой без редуцирования стержня стержня, равным среднему диаметру резьбы (ГОСТ 7795—70, ГОСТ 7811—70), и коротких болтов с резь- бой до головки или с малой величиной гладкого участка (ГОСТ 7796—70 н ГОСТ 7808—70) из низко- углеродистых сталей 10кп i ются преимущественно бег классов прочности 4.8, 5.8 и 6.8. Технологические пере- ходы штамповки приведены на рис. 5. Для штамповки применя- ется калиброванный .металл диаметром, примерно рав- ным среднему диаметру резьбы. Степень деформации головкн при этом процессе сравнительно с другими является максимальной вслед- ствие малого диаметра исходного металла. Относитель- ная деформация головкн составляет в среднем 80— 85%. Цилиндрическая головка высаживается за два уда- ра, размеры стержня изменяются незначительно. При изготовлении болтов с направляющим подголовком одновременно с высадкой головкн происходит образо- вание подголовка. Прочность болтов (величины ов, от), как правило, несколько ниже прочности исходного калиброванного металла, так как снижается вследствие осадки предва- рительно упрочненного прн волочении металла (эффект Баушнигера). Достоинством метода является простота изготовле- ния технологического инструмента. Недостатками процесса являются: 1. Невозможность изготовления болтов с диаметром гладкой части стержня, равным наружному диаметру резьбы (за исключением коротких болтов, у которых гладкая часть стержня может образоваться одновре- менно с высадкой головкн). 2. Большая степень деформации при высадке голов- ки и, как следствие, большие нагрузки на инструмент и повышенная опасность возникновения трещин на го- ловке, особенно при высадке болтов из среднеуглеро- дистых и легированных сталей, большая неравномер- ность свойств головки и стержня. 27
3. Необходимость обязательной термообработки болтов из среднеуглеродистых сталей из-за значитель- ного охрупчивания металла и повышенной опасности разрушения под головкой. 4. Трудность изготовления болтов с нормальной головкой. Недостатки этого процесса штамповки болтов при- вели к постепенному вытеснению его более прогрессив- ными, включающими операцию редуцирования стержня. Рис. 6. Технологические схемы изготовления болтов высадкой с однократным редуцированием стержня Процесс изготовления болтов высадкой с однократ- ным редуцированием в настоящее время получил наи- большее распространение для нзготовлення болтов с диаметром стержня, равным наружному диаметру резь- бы (ГОСТ 7796—70, ГОСТ 7798—70, ГОСТ 7805—70, ГОСТ 7808—70). Болты могут изготовляться как из низкоуглероди- стых, так и из среднеуглеродистых н легированных марок стали. Технологические переходы штамповки показаны на рис. 6. Наиболее распространенным является процесс вы- садки с однократным редуцированием нз металла диа- метром, равным наружному диаметру резьбы (см. рис. 6, а). При данном процессе высадка цилиндриче- ской головкн осуществляется за два удара, диаметр гладкой части стержня почти не изменяется. Участок под накатывание резьбы образуется редуцированием на диаметр под накатку. Размеры диаметров под на- катывание метрической резьбы регламентируются ГОСТ 19256—73. Для болтов из низкоуглеродистых сталей одновре- менно с высадкой головкн может осуществляться вы- давливание фаски на конце стержня. Степень деформации головкн при высадке с одно- кратным редуцированием и охрупчивание под головкой 28
меньше, чем при высадке без редуцирования, однако еще достаточно велика, особенно для болтов с нор- мальной головкой. Болты из среднеуглероднстых сталей при этом про- цессе целесообразно термически обрабатывать для сня- тия наклепа. Механические свойства болтов соответст- вуют свойствам исходного калиброванного металла. Редуцирование повышает прочность стержня сравни- тельно с прочностью проволоки лишь в случае обжатнй менее 20%. Технология штамповки болтов с однократным реду- цированием по методу ЗИЛа (см. рис. 6, б) применя- ется для изготовления коротких болтов с резьбой до головкн. При этом способе диаметр исходного металла больше наружного диаметра резьбы, и поэтому степень деформации головки сравнительно с предыдущим про- цессом снижается. Вследствие уменьшения отношения lo/d0 головка мо- жет оформляться за один переход. Отличительной осо- бенностью этого процесса штамповки является нали- чие позиции, на которой происходит выдавливание фаски. Прн высадке с редуцированием на однопозицион- ных автоматах (в одной матрице) редуцирование стер- жня производится первым ударом одновременно с вы- садкой конической головки. Окончательное оформление головки происходит при втором ударе. Совмещение на одной позиции операций высадки головки с редуцированием нежелательно, так как прн этом увеличиваются нагрузки на инструмент и снижа- ется его стойкость. Кроме того, при высадке головки происходит раздача конца редуцированного стержня, и при выталкивании заготовки из матрицы это приво- дит к дополнительному истиранию редуцирующего пояска. Высадка с редуцированием осуществляется, как правило, на многопозиционных автоматах. При много- позицнонных процессах заготовка штампуется в не- скольких матрицах. Эти процессы получили в настоя- щее время наибольшее распространение в специализи- рованном производстве болтов. Процесс изготовления болтов высадкой с двукрат- ным редуцированием в последнее время получил широ- кое распространение для штамповки болтов с днамет- 29
ром стержня, равным наружному диаметру резьбы. Высадкой с двукратным редуцированием изготовляют болты нз среди еуглеродистых н легированных сталей в широком диапазоне классов прочности (от 4.6 до 10.9). Технологические переходы штамповки представлены на рис. 7. Диаметр исходной заготовки при этом процессе на 10—15% больше наружного диаметра резьбы, поэтому высадка головкн осуществляется за один удар. При первом редуцировании (относительное обжатие не бо- лее 30%) происходит уменьшение диаметра части за- готовки, идущей на образование стержня болта, до Рис. 7. Технологические схемы изготовления болтов высадкой с двукратным редуцированием стержня размера наружного диаметра резьбы, второе редуциро- вание (аналогично предыдущему процессу) служит для образования участка под накатку резьбы (см. рис. 7, а). Степень деформации н упрочнение материала го- ловки меньше, чем при высадке без редуцирования и с однократным редуцированием, что позволяет в ряде случаев избежать термообработки болтов, изготовлен- ных из среднеуглеродистых сталей. Прочность болтов выше прочности исходного калиброванного металла вследствие упрочнения стержня прн редуцировании. Прн высадке с двукратным редуцированием снижа- ются нагрузки на инструмент и вероятность возникно- вения трещин на головке вследствие уменьшения сте- пени деформации при высадке. Однако по сравнению с однократным редуцирова- нием усложняется инструмент (две редуцирующие мат- рицы), что сдерживает распространение этого про- цесса. Кроме того, при изготовлении болтов из легирован- ных сталей (с термической обработкой) затрудняется 30
процесс накатки резьбы вследствие упрочнения метал- ла при двойном редуцировании участка под резьбу. Штамповка с двукратным редуцированием по мето- ду ЗИЛа (см. рис. 7, б) отличается от рассмотренного способа введением операции выдавливания фаски, что вызывает необходимость совмещения на одной позиции редуцирования с высадкой головки. Как уже указыва- лось выше, это ведет к снижению стойкости инстру- мента. Процесс высадки с выдавливанием и однократным редуцированием обеспечивает получение болтов повы- шенной прочности без термообработки с временным со- противлением до 100 кгс/мм2 (рис. 8). Рис. 8. Технологическая схема изготовления болтов высадкой с выдавливанием и редуцированием стержня Исходным материалом служит заготовка диаметром (1,2—1,3) d0. Заготовка осаживается на первой прессовой пози- ции с относительной деформацией 10% с образованием фаски. Осадка заготовки облегчает проведение после- дующих операций выдавливания и редуцирования. Вы- давливание стержня на диаметр, равный наружному диаметру резьбы, производится в закрытой матрице с относительной деформацией до 50% м более. При этом процессе неравномерность 'свойств голов’ки и стержня практически отсутствует, прочность иа много свыше проч- ности исходного калиброванного металла. Основными недостатками процесса, препятствующи- ми его распространению, является необходимость при- менения выдавливающих пуансонов малого диаметра и матриц с большим перепадом диаметров, сложных в 'изготовлении, необходимость обеспечения высокой со- осности пуансонов н матриц. У всех рассмотренных выше процессов изготовления болтов образование многогранника происходит путем обрезки граней. Масса отходов прн обрезке достигает 6—8% от массы болта. Процесс обрезкн характеризуется большими удар- ными нагрузками на малые рабочие площадки инстру- 31
мента, что определяет его низкую стойкость (значитель- но ниже стойкости высадочного инструмента). Недос- татки процесса образования многогранника обрезкой вызвали попытки его замены методом безоблойной (безотходной) высадки. Ниже рассмотрены -основные процессы безоблойной высадки головок болтов. Процесс изготовления болтов с углублением в го- ловке по ГОСТ 7795—70, ГОСТ 7796—70, ГОСТ 7808— Рис. 9. Схемы безоблойной высадки болтов: « — с углублением в головке; б — по методу фирмы «Хатебур», в — по методу ВНИИметиза 70 и ГОСТ 7811—70 безоблойной высадкой показан на рис. 9, а. Он состоит из следующих операций: обрезка заготовки, высадка конусной головки, высадка цилин- дрической головки диаметром меньшим размера «под ключ» с большой фаской и окончательной высадки ше- стигранной головки с выдавливанием углубления на тор- це головки. Образование углубления необходимо для лучшего заполнения ребер шестигранника. Недостатками про- цесса является большая степень деформации головки, неблагоприятные условия течения металла при образо- вании шестигранника (растягивающие напряжения по граням), приводящие к появлению надрывов и трещин на головке и особенно на кромках углубления. Процесс 32
характеризуется большими нагрузками на инструмент при оформлении шестигранника н высокими требова- ниями к пластичности металла и качеству. поверхности. Высаженные болты по своему внешнему виду уступа- ют изготовленным с обрезкой граней (нет четкого оформления ребер шестигранника, имеются надрывы на кромках углубления н т. д.). В связи с указанными недостатками процесс не по- лучил широкого распространения. Метод фирмы «Хатебур» для изготовления болтов из низкоуглеродистой стали безоблойной высадкой осу- ществляется со следующими технологическими перехо- дами (см. рис. 9,6): отрезка заготовки, редуцирование стержня, предварительная высадка шестигранной го- ловки, вторая высадка шестигранной головки с большой торцовой фаской, окончательная высадка головки н ре- дуцирование части стержня под резьбу. При этом методе степень деформации головкн значи- тельно ниже, чем при высадке с углублением, так как исходный материал имеет диаметр, равный 1,10—1,15 диаметра резьбы, а высаженные болты упрочнены ре- дуцированием. Недостатками процесса являются большие нагрузки на инструмент вследствие трудности заполнения метал- лом углов шестигранника, неблагоприятные условия течения металла при образовании шестигранника. Кроме того, прн штамповке необходимо обеспече- ние точной отрезки для сохранения постоянства объе- ма головки и точного переноса, так как вследствие воз- можного поворота заготовки болта при выталкивании может не произойти полного совмещения граней пред- варительного шестигранника с гранями инструмента на последующей операции высадки. Последнее ведет к срезу металла по граням и браку продукции. Во ВНИИметизе разработан способ безоблойной штамповки болтов1, технологические переходы которого показаны на рнс. 9,в. Отличительной особенностью этого процесса является использование при образова- нии шестигранника операции редуцирования. Отсутст- вие при этом утяжки металла по ребрам позволяет 1 Ригмант Б. М.3 Куликов В, И., Мокрикский В. И. Авт. свид. № 373076. — «Открытия. Изобрет. Пром, образцы. Товарные знаки», 1973, № 14, с. 28. 33
производить редуцирование из цилиндрической заго- товки диаметром, равным диаметру описанной окруж- ности шестигранника. При’ редуцировании головкн происходит смещение слоев металла по боковой по- верхности головки, что может привести к образованию заусенцев на торцовой поверхности. Для предотвра- щения появления заусенцев на цилиндрической заго- товке предусмотрена фаска. В процессе редуцирования происходит вытеснение металла по граням с заполнением фаскн и искажением опорной поверхности. Для исправления опорной поверх- ности и торцовой фаски на головке предусматривается дополнительная операция доштамповкн шестигранника. С целью предотвращения появления заусенцев иа опор- ной поверхности при доштамповке цилиндрическая за- готовка болта высаживается с опорной шайбой. Про- цесс осуществляется из заготовки диаметром 1,10— 1,15 диаметра резьбы с двукратным редуцированием стержня. По сравнению с методом фирмы «Хатебур» при из- готовлении болтов способом, разработанным во ВНИИ- метизе, снижается усилие высадки и улучшаются усло- вия течения металла прн образовании многогранника, а также исключается одна операция предварительной высадки головки болта. Болты с фасонной головкой по конструкции отлича- ются от болтов с шестигранной головкой формой го- ловки н подголовка (см. рнс. 2). В зависимости от размера головки и технологии штамповки болты мо- гут изготовляться без термообработки нлн с термооб- работкой (отжигом) с целью исключения неблагоприят- ных последствий холодной деформации, создающих опасность хрупкого разрушения под головкой. Технологические процессы изготовления болтов с фасонной головкой принципиально ие отличаются от процессов, применяемых для штамповки болтов с ше- стигранной головкой. В последнее время внедряют про- цессы штамповки болтов с фасонной головкой иа мио- гопознциониых автоматах с применением двукратного редуцирования. При штамповке болтов на многопозициоиных авто- матах для повышения качества оформления головки применяют в качестве завершающей операции обрезку кромок головки. 34
3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БОЛТОВ При изготовлении болтов с применением холодной штамповки выполняются операции образования стерж- ня, получения промежуточной и окончательной форм головкн, накатки резьбы. Указанные операции произ- водятся на одном автомате — комбайне или несколь- ких прессах-автоматах, образующих автоматическую линию из последовательно расположенных машин, со- единенных транспортными механизмами для передачи заготовки. Автоматическая линия может включать холодновы- садочные, обрезные н резьбонакатные автоматы. Холодновысадочный автомат служит для высадки головки болта (промежуточной или окончательной фор- мы) и оформления стержня (без резьбы). На обрезном прессе производится оформление многогранной голов- ки обрезкой. Образование резьбы осуществляется на резьбонакатном автомате. При получении окончатель- ной формы головки болта на холодновысадочном ав- томате обрезной автомат в состав линии не включается. Часто в состав линии включается оборудование для подрезки торца и обточки концевой фаски, а также для сверления контровочных отверстий. После выполнения основных технологических опера- ций в ряде случаев проводят дополнительные операции термической обработки .и покрытия поверхности, кото- рые осуществляются на специальных термических и гальванических агрегатах. Холодновысадочные прессы-автоматы отличаются количеством позиции формообразующего инструмента, числом ударов, необходимых для образования заготов- ки, конструкцией высадочных матриц и расположени- ем позиций штамповки. По количеству позиций автоматы делятся на одно- позицнонные и многопознционные. Однопознцнониые автоматы в зависимости от числа ударов могут быть одноударными, двухударными и трехудариыми. Для изготовления одной детали на одноударном прессе требуется один оборот коленчатого вала (один ход высадочного ползуна), на двухударном — два, на трехударном — три. Для штамповки болтов применя- ются в основном двухударные автоматы. Многопозицн- 35
онные автоматы могут быть одно- и двухударными, преимущественное применение для штамповки 'болтов имеют одноударные многопозиционные прессы. По конструкции высадочных матриц прессы-авто- маты делятся на автоматы с цельными н разъемными матрицами. Многопозиционные автоматы изготовляют главным образом с цельными матрицами. Применение разъемных (раздвижных) матриц, рас- крывающихся при выталкивании высаженной заготов- ки, позволяет снизить усилие выталкивания н изготов- лять болты с длиной стержня более 40 диаметров, К недостаткам процесса штамповки в разъемных матри- цах относятся пониженные по сравнению со штампов- кой в цельных матрицах точность размеров и качество поверхности (овальность стержня, шов на стержне вследствие зазора между полуматрнцамн), изготовля- емых изделий. Многопозиционные автоматы изготавливают с гори- зонтальным и с вертикальным расположением позиций штамповки. Болтовые автоматы с горизонтальным рас- положением позиций штамповки бывают двух-, трех- и четырехпозиционные. Автоматы с вертикальным рас- положением позиций бывают двух- и четырехпозицион- ным-и. На однопозиционных высадочных автоматах получа- ют заготовку окончательной формы только прн изготов- лении болтов с фасонной головкой. Многогранную го- ловку получают обрезкой цилиндрической головки на обрезном автомате. В некоторых случаях на двухударных холодновыса- дочных автоматах вторым ударом производят обрезку шестигранника или окончательную высадку шестигран- ной головки с углублением. На многопозиционных автоматах изготавливают бол- ты с полностью оформленной шестигранной головкой. На многопозиционных автоматах, с резьбонакатным ус- тройством (автоматах-комбайнах) выполняются все операции изготовления болтов, включая накатку резьбы. В табл. 3, 4 приведены технические характеристики однопозиционных двухударных холодновысадочных прессов-автоматов с цельной и разъемной матрицей, изготовляемых отечественной промышленностью. Автомат с цельной матрицей состоит нз узла пода- чи материала, механизма отрезки и переноса заготов- ки с линии подачи на линию штамповки, узла высадки 36
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫХ ОДНОПОЗИЦИОННЫХ ДВУХУДАРНЫХ АВТОМАТОВ С ЦЕЛЬНОЙ МАТРИЦЕЙ А1223 8 Й 8 8 S ? о- =. S 8 8 — ся см J- О о ел ю ь- Q СО 1О СЧ (N АА 1,222 1.6 25 175 200 90—160 3(К-42 26,0 5900 2530 1510 автомата А1221А CJ р о и? ю V О г-. о Ф о — & сч xF сч Дг о г- ф " Д 01 04 Ю S сч " Модель АА1219А 8 00 2 ? 8 8 Т § о. g 8 g ~ 1 О IQ см IS со §) со - - CN А1218 6 10 30 18—45 31,5 250^550 8,0 3,5 2550 1210 1200 АА1216А о о Tf <п о сч <д о lq е> СЧ С^ ~ °- °1 ® " § О Ф <М " Ф " о см — Параметры Наибольший диаметр стержня бол- та, мм Длина стержня болта, мм; минимальная максимальная Длина заготовки, мм Номинальное усилие, тс ... . Число ходов высадочного ползуна в минуту Мощность привода, кВт .... Масса, т Габаритные размеры, мм; длина . . и ширина высота 37
(ползун и коленчатый вал с шатуном), механизмов перемещения пуансонной головки и выталкивания вы- саженной заготовки. Отрезка заготовки может производиться как откры- тым, так и закрытым способом (втулочным ножом). Перемещение пуансонов осуществляется по вертикали или по дуге. Более перспективными являются конструкции авто- матов с закрытой отрезкой заготовок и перемещением пуансонов по дуге. Таблица 4 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫХ ОДНОПОЗИЦИОННЫХ ДВУХУДАРНЫХ АВТОМАТОВ с разъемной матрицей Параметры Модель автомата А1419 А1420А А1421А А1422А Наибольший диаметр стер- жня болта, мм Длина стержня, мм: минимальная максимальная . , . . Наибольшая длина заготов- ки, мм Номинальное усилие, тс . . Число ходов высадочного ползуна в минуту , . . . Мощность привода, кВт . . Масса, т . Габаритные размеры, мм: длина ширина высота 8 18 95 130 50 160—220 7,50 8,60 3830 1577 1095 10 40 200 160 80 180—240 19,00 11,50 4346 2191 1470 12 50 150 195 125 100—140 22,00 16,00 4840 2087 1350 16 65 190 255 200 100—140 32,00 28,74 5300 2420 2760 При изготовлении болтов на однопознционном ав- томате с цельной матрицей (рис. 10) бунтовой металл 1 подается прерывисто вращающимися желобчатыми роликами 2 в отрезную матрицу 3 до упора 4. Нож 5 двигаясь к линии штамповки, отрезает заготовку и пе- реносит ее с помощью поддерживающего устройства 6 и а линию иптамповки, а предварительный (черновой) пуансон 7 при движении ползуна переталкивает заго- товку из ножа 5 в высадочную матрицу 8 до упора в стержень выталкивателя 9. После заталкивания заго- 38
товки в матрицу нож 5 отходит назад, а предваритель- ный пуансон 7, продолжая двигаться, производит осад- ку заготовки в ряде случаев с одновременным редуци- рованием стержня. При отходе ползуна и соответствен- но предварительного пуансона 7 назад, механизм пе- Рис. 10. Однопозиционная штампов- ка болтов на прессе-автомате с цельной матрицей Рис. 11. Одиопозицнонная штампов- ка болтов на прессе-автомате с разъемной матрицей ремещения пуансонов переводит иа линию высадки окончательный (чистовой) пуансон /0, который при повторном движении ползуна производит вторую осад- ку заготовки. Одновременно с отходом ползуна начинается вы- талкивание заготовки из матрицы S выталкивателем 9. 39
Прн штамповке болтов на прессах-автоматах с цельной матрицей длина стержня изделия, регулиру- емая выталкивателем, не должна превышать 8—10 ди- аметров, и в одной матрице можно штамповать болты разной длины. Известны отдельные конструкции двухударных ав- томатов с цельной матрицей, позволяющие штампо- вать болты с длиной стержня до 30 d (на автомате А1020 штампуют болты диаметром 8 мм, длиной ди 200 мм). Нижний предел длины стержня ограничивается не- обходимой длиной заталкивания, равной диаметру или несколько большей его. На двухударных прессах-автоматах длинные болты изготовляются, как правило, без редуцирования. При изготовлении болтов с шестигранной .головкой редуци- рование длинных болтов может выполняться одновре- менно с операцией обрезки илн высадкн шестигранни- ка на обрезном автомате. Прессы-автоматы с разъемной матрицей имеют ме- ханизм перемещения (сжатия и разжима) матриц. При работе пресса (рис. 11) бунтовой металл 1 направ- ляется подающими роликами через отрезную матрицу и раскрытые высадочные полуматрнцы 2 и 4 до пово- ротного упора 3. По окончании подачн материала по- движная полуматрица 2, перемещаясь к линии штам- повки, торцовой поверхностью отрезает заготовку. От- резанная заготовка переносится между обеими полумат- рнцами на линию штамповки, где полуматрнцы сжима- ются. После штамповки заготовки первым и вторым ударами пуансонов 5 и 6 разъемная матрица вместе с заготовкой возвращается в исходное положение н раз- жимается. Выталкивание заготовки из разжатой матри- цы происходит подаваемым металлом, выталкивающая шпилька отсутствует. На высадочных автоматах с разъемной матрицей можно изготовлять болты большей длины, чем на ав- томатах с цельной матрицей. Кроме того, они произ- водительнее, так как цикл работы у этих автоматов сокращен за счет совмещения подачи материалов с выталкиванием высаженной заготовки. На прессах-ав- томатах с цельной матрицей можно штамповать бо- лее короткие заготовки, чем на автоматах с разъемной матрицей, у которых из-за отсутствия выталкивателя
для каждой длины стержня одного н того же диаметра требуется своя высадочная матрица. При коротких стержнях высота этой матрицы, равная длине стержня, будет незначительной, и при штамповке матрица мо- жет расколоться. Однопозиционные двухударные холодновысадочные прессы-автоматы применяются чаще для штамповки болтов с фасонной головкой. Болты с шестигранной головкой, требующие много- операционной технологии, штампуют на многопознцион- ных прессах-автоматах. Технические характеристики болтовых многопозици- онных прессов-автоматов, выпускаемых отечественной промышленностью, даны в табл. 5, а в табл. 6 приве- дена техническая характеристика некоторых зарубеж- ных прессов-автоматов, имеющихся в СССР. Рис. 12. Схема многопознционной штамповки болтов Прн работе многопозицноиных автоматов (рис. 12) калиброванный металл / направляется подающими ро- ликами 2 в отрезную матрицу 3 до упора 4. Нож 5 от- резает заготовку 6 и переносит ее на первую позицию С где пуансоном 7 заталкивается в высадочную мат- рицу 8. Высаженная заготовка 9 выталкивается из мат- рицы 8 первой позиции и механизмом переноса переда- 41
ется на последующие позиции II—IV, где происходит окончательная высадка головки и оформление стержня. В автоматах-комбайнах по окончании штамповки за- готовка по лотку или конвейеру направляется в накат- ное устройство, где происходит накатка резьбы. Лучшие модели многопознционных автоматов-ком- байнов оснащаются размоточными и правильно-задаю- щнмн устройствами, ножницами для отрезки концов металла, устройствами для подрезки торца и обточки концевой фаски (перед накатыванием резьбы), а так- же устройствами для фильтрации и отсоса паров мас- ла от наиболее загазованных узлов автомата. В конст- рукции автоматов используются шумопоглощающие рамы. Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), под- водимые к трущимся частям автоматов, отделяются от СОЖ, применяемых для технологического инструмента. В многопозиционных автоматах при одном ходе вы- садочного ползуна происходит штамповка заготовок сразу на всех позициях, т. е. за один ход ползуна по- лучается полностью отштампованная деталь. Достоинство процесса штамповки на миогопозицион- ных прессах-автоматах состоит в расширении техноло- гических возможностей по сравнению с одиопозицнон- иым процессом, так как формоизменение заготовок про- исходит в нескольких матрицах, в высоком качестве поверхности и точности размеров штампуемых болтов с незначительной неравномерностью свойств головки и стержня. Стойкость инструмента вследствие снижения нагрузок значительно выше, чем в однопознционных автоматах. Исключено загрязнение заготовок при пе- редаче их с одной позиции на другую, что обычно про- исходит при изготовлении болтов на нескольких прес- сах. Повышена по сравнению с однопозицнониым про- цессом экономичность производства болтов. Прн изготовлении болтов с шестигранной головкой применяются процессы высадки с редуцированием и выдавливанием с обрезкой граней головки или безоб- лойные. Обрезные автоматы устанавливаются в линии после высадочного (однопозиционного) пресса и используют- ся для операций образования шестигранника и редуци- рования- Исходным материалом для обрезных автома- тов являются штучные заготовки болтов. В табл. 7 приведены технические характеристики отечественных обрезных автоматов. 44
Таблица 7 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРЕЗНЫХ АВТОМАТОВ Модель автомата Параметры А2318А А2320 АА2322 АА2323 Наибольший диаметр стер- жня болта, мм 6 10 16 20 Наибольшая длина стерж- ня болта, мм 75 100 160 200 Наибольшая длина утонен- еюй части стержня болта под накатывание резьбы, мм 18 30 45 55 Номинальное усилие, тс . . 31,5 31,5 125 125 Число ходов ползуна в ми- нуту 180—275 70—100 60—85 40—60 Мощность привода, кВт . . 4,50 4,50 18,34 17,00 Масса автомата, т , . . 4,5 5,0 15,5 15,5 Габаритные размеры, мм: длина . 2640 3270 5165 5165 ширина 485 1070 2104 2104 высота 1660 2070 1870 1820 По принципу работы обрезные автоматы делятся на автоматы с подвижным пуансоном и неподвижной матрицей ,и автоматы с подвижной матрицей и непод- вижным пуансоном. В автоматах с подвижным пуансоном заталкивание заготовки в неподвижную матрицу производится стерж- нем вперед при движении пуансона. В автоматах с подвижной матрицей заталкивание заготовки осущест- вляют головкой вперед при движении матрицы. Обрезные автоматы состоят из следующих основ- ных узлов*. 1) бункера цепного и дискового типа; 2) механизма переноса; 3) механизма обрезки или высадки; 4) механизма выталкивания из матрицы и пуансона. При работе автомата (рис. 13) заготовка болта 1 из бункера по наклонным линейкам поступает в лови- тель поступательного питателя, захватывается губками 2 поворотного питателя и переносится на линию об- резки (высадки) перед матрицей 3 (положение I). В автоматах с подвижным пуансоном при движении ползуна заготовка заталкивается пуансоном 4 в матри- 45
цу 3 и при дальнейшем его ходе осуществляется об- резка граней головки болта (положение II). Заготовка из матрицы} выталкивается 'стержнем; 5 (положение III). При обрезке граней подвижным пу- ансоном 4 с целью исключения удара пуансона по мат- рице процесс выталкивания начинался в тот момент, Рис. 13. Схема обрезки граней головки болта когда пуансон не закончил обрезку и не дошел до мат- рицы (см. положение II), заготовка проталкивается че- рез отверстие пуансона в полость ползуиа (см, поло- жение III). Обрезка граней заканчивается у опорной поверхности головки, и образующиеся в момент окон- чания обрезки заусенцы направлены к опорной поверх- ности. При выполнении операции редуцирования или вы- садки кулак выталкивателя устанавливают таким об- разом, чтобы процесс выталкивания из матрицы про- исходил после отхода пуансона от матрицы. При обрезке граней подвижной матрицей при неко- тором зазоре между матрицей и пуансоном палец пу- ансона толкает головку болта, завершая процесс об- резки; выталкивание заготовки из матрицы происходит после отхода матрицы от пуансона. Обрезка граней заканчивается у торцовой поверхности головки, и зау- сенцы на опорной поверхности не возникают. Резьбонакатные автоматы, как правило, устанавли- ваются в линии после высадочного или обрезного авто- матов. По типу накатного инструмента автоматы де- лятся на автоматы с плоскими плашками, автоматы с роликом и сегментом и автоматы с двумя роликами. Для накатки резьбы на болтах применяются в основ- ном автоматы с плоскими плашками (табл. 8) и авто- маты с роликом и сегментом (табл. 9). Процесс накаткн резьбы плоскими плашками заклю- чается в принудительном перемещении заготовки 1 между подвижной 2 и неподвижной 3 плашками при 46
Таблица 8 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗЬБОЙАКАТНЫХ АВТОМАТОВ С ПЛОСКИМИ ПЛАШКАМИ Параметры Модель автомата А2416А А2418А А2421 А2423А А2424Б Наибольший диаметр резьбы, мм 4 6 12 20 24 Длина стержня болта, мм: минимальная .... 6 8 16 25 30 максимальная . . . 50 75 145 200 200 Наибольшая длина резь- бы, мм 35 45 65 100 125 Число ходов ползуна в минуту 130—200 180—250 80—120 0—90 0—70 Мощность привода, кВт 2,2 5,5 13,0 27,04 33,64 Масса автомата, т . . 1,3 2,2 4,6 11,0 12,0 Габаритные размеры, мм: длина 900 1930 2400 4600 4600 ширина ...... 1800 1100 1520 1900 2000 высота 1380 1660 1960 2500 2500 Таблица 9 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕЗЬБОНАКАТНЫХ АВТОМАТОВ С РОЛИКОМ И СЕГМЕНТОМ Параметры Модель автомата AA25I4 АА2518 А2519 AA252Q АА2522 Наибольший диаметр резьбы, м 2,5 6 8 10 16 Длина стержня болтов, мм: минимальный .... 4 8 10 12 20 максимальный . . . 32 75 80 120 190 Наибольшая длина резь- бы, мм 25 45 50 60 80 Производительность, шт/ /мин 1200 1—6* 80—600 630 500 Мощность привода, кВт 3,005 9,940 9,140 12,940 21,440 Масса автомата, т . . 0,76 1,89 2,90 2,77 4,68 Габаритные размеры, мм: длина 695 960 1660 3080 1300 ширина 1290 2640 1040 1110 4820 высота 1230 1410 1830 1790 1900 1 * Число заготовок, подаваемых за один оборот накатного ролика. 47
прямолинейном поступательном движении подвижной плашки (рис. 14,а). Накатывание профиля резьбы на вращающейся заготовке осуществляется за половину оборота заготовки вокруг своей оси. Рис, 44. Нанесение резьбы на стержень болта накаткой: а — плоскими плашками; б — роликом с сегментом Резьбонакатные автоматы с плоскими плашками включают бункерное устройство с приводом, механизм переноса и досылания заготовки и ползун с приводом. При работе автомата заготовка из бункера, перемеща- ясь по направляющим, подается с помощью отсекателя на линию поперечной подачи, откуда заталкивателем подающего механизма переносится к линии накатывания и заталкивается в зазор между подвижной и непод- вижной плашками. При движении ползуна заготовка увлекается подвижной плашкой и прокатывается по неподвижной плашке. При нанесении резьбы роликом и сегментом накат- ка осуществляется между непрерывно вращающимся роликом 2 и неподвижным вогнутым сегментом 3, име- ющим винтовую иарезку (см. рнс. 14,5). В процессе накатывания заготовка 1 вращается вокруг своей оси, совершая одновременно планетарное движение относи- тельно ролика. Полный профиль резьбы образуется примерно за один оборот ролика (при длине дуги сег- мента, равной половине длины окружности ролика). Основными узлами резьбоиакатных автоматов с ро- ликом и сегментом являются бункер с приводом, меха- низм подачи заготовки от бункера к резьбонакатным инструментам ,и резьбоиакатный механизм. 48
Преимущества резьбонакатных автоматов с роликом и сегментом по сравнению с автоматами с плоскими плашками заключаются в высокой производительности и точности накатывания резьбы, высокой стойкости инструмента ,и меньших габаритах. Основной недостаток автоматов с роликом и сег- ментом, ограничивающий их распространение, заклю- чается в сложности и трудоемкости изготовления резь- бонакатного инструмента, особенно для накатки точ- ных резьб. 4. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ БОЛТОВ Рабочий инструмент для холодной штамповки бол- тов на прессах-автоматах включает: а) ролики задаю- щие, подающие и правильные; б) отрезные матрицы; в) отрезные ножи; г) высадочные матрицы; д) пуансо- ны предварительные (черновые) и окончательные (чи- стовые) ; е) выталкиватели. Ролики задающие служат для облегчения заправки и проталкивания металла через правильные ролики. За- дающие ролики применяются для заправки металла крупного размера (диаметром 12 мм и более) и выпол- няются с индивидуальным приводом, отключающимся после окончания заправки конца металла. Правильные ролики служат для устранения кривизны металла и располагаются обычно в шахматном порядке чаще все- го без привода (рис. 15,а). Подача металла в автомат осуществляется одной или двумя парами приводных по- дающих роликов, периодически поворачивающихся на определенный угол. Две пары роликов устанавливаются для подачи материала диаметром более 20 мм, чтобы предупредить проскальзывание металла. Задающие н подающие ролики изготавливают с канавкой (желоб- ком), соответствующей профилю металла, при этом задающие ролики выполняют с одной канавкой, пода- ющие — чаще всего с двумя (см. рис. 15,6). Профиль желобка правильных роликов целесообразно выполнять в форме углового паза, что делает ролики универсаль- ными и позволяет применять их для правки металла различных диаметров. 49
Отрезные матрицы служат для приема металла й отрезки его (в паре с ножом). Матрицы изготавливают цельными стальными (или из твердого сплава для мел- ких размеров), сборными или с запрессованной твердо- сплавной вставкой (рис. 16). Диаметр канала отрез- ной матрицы принимается больше диаметра отрезае- мого металла на величину зазора, необходимого для свободной подачи металла. Зазор принимают равным 0,05—0,20 мм в зависимости от диаметра металла. При работе матрицы в паре с отрезным ножом-втулкой величину зазора уменьшают в два раза. Для крепления в матричном блоке отрезная матрица имеет наружную кольцевую проточку; по мере затупления режущей кромки матрицу поворачивают. Рис. 15. Схема расположения (а) и калибровка (б) задающих (?). пра- вильных (2) и подающих (3) роли- ков Рис. 16. Отрезные матрицы: а — стальная; б —сборная с вставкой из твердого сплава (/); в —с запрессованной вставкой (2) нз твердого сплава 50
Отрезные ножи изготавливают двух типов: откры- тый нож с прижимной лапкой (рис. 17,а); закрытый нож-втулка с прижимом (рис. 17,5) нли без прижима (рис. 17,в). Для увеличения стойкости ножей рабочую часть- армируют пластинками из твердого сплава. Качество отрезки зависит от зазора между матери- алом 'И ручьем отрезной матрицы и от зазора между рабочим торцом матрицы и ножом, который принима- ют равным 0,03—0,1 мм в зависимости от диаметра разрезаемой заготовки. Рис. 17. Отрезные ножи: а — открытый; б — закрытый нож-втулка с прижимом; в — закрытый нож-втулка без при- жима (7 — вставка из твердого сплава) В процессе работы величины зазоров увеличивают- ся: зазор между матрицей и материалом изменяется вследствие износа ручья матрицы, а зазор между мат- рицей и ножом — вследствие динамического характера нагрузок при отрезке. Зазор между заготовкой и отвер- стием закрытого ножа втулки принимают на 0,04— 0,06 мм больше зазора между материалом и матрицей. В процессе отрезки материал подается в профиль- ную выточку ножа (центр сечения круглого металла совпадает с центром окружности выточки) или впере- ди ножа (перед прижимной лапкой). В высадочных матрицах в зависимости от вида бол- та и технологии штамповки оформляется стержень, подголовок, головка или ее часть. На рис. 18 приведены формы рабочих каналов ’высадочных матриц. Размеры ручья матрицы последней позиции принимают по соот- ветствующим минимальным размерам высаживаемых 51
заготовок болтов, допуск на размеры болтов использу- ется на изготовление матрицы н на ее износ в процес- се штамповки. Глубина рабочей полости принимается по номинальным размерам изделия. При многопозици- онной штамповке соответствующие размеры ручья мат- рицы на каждой последующей позиции увеличиваются Рис. 18. Форма рабочих каналов высадочных матриц для болтов: а — с подголовком и опорной шайбой; б — с подголовком; в — без подголовка с опорной шайбой; а —с квадратным подголовком и потайной (полупотайной) головкой: д — безоблойной высадки; е~ с разными диаметрами стержня; ж — для редуцирования стержня и высадки подголовка диаметром большим наружного диаметра резьбы на 0,05-—0,1 мм с целью обеспечения свободного входа заготовки предыдущей позиции. Высадочные матрицы изготавливаются цельными— для болтов мелких размеров ,и сборными с вставками твердого сплава (рис. 19). Сборные матрицы имеют преимущественное применение, Длина матрицы опреде- ляется максимальной длиной штампуемого болта. 52
При штамповке длинных болтов матрица делается со- ставной из нескольких вставок. Суммарную длину вставок из твердого сплава матрицы обычно назначают больше длины высаживаемого болта с целью обеспече- ния нормального износа твердого сплава без его раз- рушения. Рис. 19. Высадочные матрицы: а — стальная цельная; б —с вставкой из твердого сплава; в — составная; г — с промежуточной стальной вставкой; д — со стальной вставкой; е — двусторон- няя; ж — разъемная (/ — вставка из твердого сплава; 2 — стальная вставка) При штамповке болтов с длиной стержня до 8 d применяют промежуточные стальные прокладки (рис. 19,а) с целью уменьшения длины вставок из твердого сплава. В составной матрице в ряде случаев вторая вставка из твердого сплава может быть заменена стальной вставкой (рис. 19,(5). Матрицы изготавливаются как односторонними (рис. 19, в и а), так и двусторон ними (рис. 19, е). Двусто- ронние матрицы по мере износа наиболее нагруженной части (со стороны пуансона) переставляют другой стороной. Разъемные матрицы с режущей торцовой плоскостью (см. рис. 19,ж) изготавливают односторонними. Половинки разъемных матриц после износа одного рабочего канала переставляют на другие грани с но- 53
вым ручьем, что значительно удлиняет срок службы матрицы. Предварительные пуансоны служат для заталки- вания заготовки в 'Матрицу, прц этом могут произво- диться предварительная осадка заготовки н редуциро- вание стержня болта. Формы рабочих полостей пред- варительных пуансонов приведены на рис. 20. Предварительные пуансоны можно изготавливать двусторонними для заталкивания заготовок всех диа- метров, используемых па данном автомате (одна сто- Рис. 20. Формы рабочих полостей предварительных пуансо- нов: а, б —для заталкивания заготовки; а —для предварительной осадки рона — для малых диаметров, другая — для больших). Пуансоны с выточкой (см. рис. 20,6) применяют для заталкивания длинных заготовок болтов, фаска на ра- бочей полости служит для «улавливания» заготовок в начальный момент заталкивания. Пуансоны с кониче- ской выточкой (см. рис. 20,в) предназначены для пред- варительной осадки заготовки с образованием кониче- ской головки, а также можно заталкивать заготовки при редуцировании стержня болтов. Форма, конструк- ция и размеры конических пуансонов зависят главным образом от относительной длины (/0№) свободной оса- живаемой части заготовки, Основные конструкции предварительных пуансонов представлены на рис. 21. При штамповке коротких болтов шпильку рекомен- дуется подпружинивать (см. рис. 21,6) с целью исклю- чения удара пуансона по отрезному ножу при заталки- вании. Кроме того, подпружиненная шпилька работает как выталкиватель. Армирование пуансона твердым сплавом увеличивает стойкость пуансона, кроме того уменьшается вероятность вытаскивания заготовки из канала матрицы при штамповке коротких болтов. 54
Пуансон со скользящим сердечником (см. рис. 21,г) применяют при высадке большой конической головки (Zo/^o = 4-f5) на двухударных автоматах с целью предотвращения изгиба высаживаемой части заготов- ки. При осадке заготовка защемляется в канале пуан- сона. Окончательные (чистовые) пуансоны служат для высадки головки болта требуемой формы и размеров. При этом головка может и не принимать окончатель- Рис, 21. Предварительные пуансоны: а — с твердосплавной вставкой и шпилькой; б — то же с подпружиненной шпилькой; в — сборный с подкладкой; г — сборный со скользящим сердечни- ком; I — корпус; 2 — шпилька; 3 — вставка из твердого сплава; 4 — стальная подкладка; 5 — скользящий сердечник ную форму (например, при высадке головок с обрез- кой). Форма рабочей полости пуансона определяется формой высаживаемой головки и технологией высадки (рнс. 22). Для увеличения стойкости пуансоны обыч- но изготавливаются с вставкой из твердого сплава. При безоблойной высадке головок болтов с углуб- лением в головке или по методу фирмы «Хатебур» при- меняют конструкцию пуансона со скользящим сердеч- ником (рис. 23). Формовка шестигранника головки в этом случае производится в закрытом объеме при дви- жении сердечника. Выталкивающие пальцы (выталкиватели) служат для поддержания стержня заготовки при высадке и для вы- 55
талкивания заготовки из матрицы или пуансона после окончания процесса штамповки. Выталкиватели изго- тавливают цилиндрическими с рабочим торцом в виде конуса. Пальцы входят <в канал матрицы обычно по скользящей посадке. Выталкиватели диаметром менее 8 мм -рекомендуется применять с втулкой, диаметром более 8 мм — без втулки. л г Рис, 22. Формы рабочих полостей окончательных пуансонов для изготовления болтов: а —с потайной головкой; б, а — с последующей обрезкой граней головки; г — изготавливаемых безоблойной высадкой Рис, 23. Конструкция пуансона со скользящим сердечником: / — пуансон; 2 — сердечник; 3 — заготовка Технологический инструмент для штамповки болтов разделяется на инструмент матричного блока и инстру- мент пуансонной ^головки. Матричный блок служит для крепления отрезной и высадочных матриц и устанавли- вается в специальный проем станины пресса. Крепле- ние и регулировка блока в станине производятся спе- циальными клиньями. Инструмент разъемного матричного блока включа- ет матрицы, матрицедержатели, проставки, опорные втулки, выталкиватели. Крепление матриц в блоке про- изводится винтами в боковые скосы, затяжкой клина и другими способами. Регулировка матриц не предус- матривается, а их соосность с пуансонами достигается путем регулировки пуансонодержателей и пуансонов, 56
устанавливаемых в пуансонной головке. Пуансонная головка крепится к ползуну и допускает регулировку в горизонтальной и вертикальной плоскостях; регули- ровка зазора между матрицей и пуансоном произво- дится клином в переднем крайнем положении ползуна. Прн вертикальном расположении позиций штампов- ки облегчается доступ к инструменту и его обслужива- ние. Однако при таком расположении инструмента возможны поломки во время нарушений цикла работы и попадания падающей заготовки в нижерасположеи- иую позицию. При вертикальном расположении инст- румента меньше жесткость пресса. От точности установки и регулировки инструмента зависит качество высаживаемых болтов и стойкость инструмента. Установка инструмента производится в определенной последовательности. Устанавливают и стопорят отрезную и высадочные . матрицы в матричном блоке. Торцовая плоскость от- резной матрицы должна совпадать с поверхностью ’ блока; если она выступает над поверхностью блока, может произойти поломка ножа, если утоплена — сни- . у зится качество отрезки. Стопорение должно обеспечи- вать плотное закрепление матриц, в противном случае ''•< матрица может выдвинуться -из гнезда прн выталкива- нии заготовки, что может вызвать поломку инстру- ? мента. Установка ножа. Правильность установки ножа про- у..; веряют по материалу, заталкиваемому вручную, враще- ннем маховика. Нож должен быть установлен без за- '< зора ,и перекоса, иначе отрезка будет некачественной с заусенцем. Режущая кромка ножа в крайнем положе- нии должна совпадать с краем отверстия высадочной матрицы. Прижимная лапка на ножевом штоке должна удер- живать заготовку при ее переносе с позиции отрезки на позицию высадки. Прн смещении заготовки отно- сительно оси высадочной матрицы во время подачи происходит срезание края заготовки о кромки матрицы. Образующаяся при этом стружка может попасть под прижимную лапку, в результате чего лапка отойдет от ножа и будет плохо удерживать заготовку. Устанавливают предварительный пуансои и вы- ставляют его по осн заготовки. Проверяют точность подачи и правильность оформления заготовки. Регули- 57
руется необходимое расстояние между пуансоном и матрицей. Устанавливают пуансон последующей позиции (для однопозиционвого автомата — окончательный пуансон) и регулируют по заготовке точность подачи, проверяют правильность оформления заготовки. Рис. 24. Схема штамповки болтов на многопозиционпом автомате Особое внимание при наладке многопозиционных холодновысадочных автоматов необходимо уделить ус- тановке механизма переноса. Лапки транспортирующе- го механизма должны надежно удерживать заготовку при переносе с одной позиции на другую; положение лапок в начале и конце штамповки должно обеспечи- вать правильное заталкивание и выталкивание заго- товки. На рис. 24 приведена схема штамповки болтов на многопозиционном автомате с однократным редуци- рованием. При заталкивании заготовки подпружиненным пу- 58
аксоном / в матрицу 2 (позиция /) она входит в канал пуансона, сжимая пружину 3. Высадка цилиндрической головки па позиции 11 происходит в пуансоне 4 и зазо- ре между матрицей и пуансоном, а образование опор- ной шайбы — в матрице 5. Величину зазора между пуансоном и матрицей устанавливают при наладке. На позиции Ill производится редуцирование заготовки, ко- торая заталкивается в редуцирующую матрицу 6 пло- ским пуансоном 7. Обрезка цилиндрической головки под шестигранник осуществляется на позиции /V об- резным пуансоном 8. В обрезной матрице 9 предусмот- рена выточка под опорную шайбу. После окончания процесса обрезкн заготовка болта выталкивается из матрицы через полость пуансона, а облой падает в ящик для отходов. Для цельного инструмента и 'корпусов сборного инструмента применяют следующие материалы. Задающие, правильные и подаю- щие ролики изготавливают из чугуна С4 44-24 или из стали 18ХГТ (HRC 59—62), цельные отрезные матрицы из сталей У10, У10А (HRC 58—62), корпуса сборных отрезных матриц из стали ЗОХГСА или из сталей 35ХГСА, 40Х (HRC 42—45), цельные отрезные ножи из сталей У8А, У10А и У10 (твердость режущей кромки HRC 59—62), корпуса сборных отрезных ножей —из стали ЗОХГСА или из сталей 35ХГСА, 40Х, У10А (HRC 40—45), прижимные лапки к ножам из сталей 65Г, 60С2 или из У8, У8А (твердость рабочей части HRC 56—59), цельные высадочные матрицы — из сталей Х12М, Х12Ф1 или У10, У10А (HRC 54—62), корпус и бандаж сборных высадочных матриц — из стали ЗОХГСА или из сталей 40Х. 35ХГСА {HRC 40—45); цельные предварительные высадочные пуансоны—из стали Х12М или из сталей У10, У10А (HRC 59—62), цельные окончатель- ные высадочные пуансоны — из стали 40Х или У10 (HRC 42—45), корпуса сборных .высадочных пуансонов — из стали ЗОХГСА или из сталей 40Х, 35ХГСА (HRC 40—45), выталкиватели — из стали Х12М. или из сталей У8А УЮ, У10А (HRC 56—58), пробки и проставки — из сталей Х12М, Х12Ф или У8, У10 (HRC 69—62). Вставки изготавливают из твердых сплавов: к отрезным матри- цам— из BKJ5 или ВК10КС (для разрезаемых заготовок диамет- ром Д = 2<8 мм), ВК20 или ВД20КС, ВД20К, ВД25 (Д=104- -г-14 мм), ВК25 или ВД25К, ВК25КС (Д,>*16 мм); к отрезным но- жам из ВК'15 или В'К20, В:К20К (Д^10 мм из низкоуглеродистых сталей), ВК20 или ВКДОД, ВД25 (Д>10 м*м из низкоуглсродистых, высокоуглеродистых и легированных сталей); к высадочным матри- цам — из ВД20 или ВК20К, ВК20КС (d0 = 24-12 мм), ВК.25 или ВК20Д, ВК20КС( Д>-14 мм); к высадочным пуансонам — из ВКД5 и ВК20. Стойкость инструмента — важнейший фактор, влия- ющий на стабильность технологического процесса, про- изводительность автомата, а также на качество выса- живаемых болтов. Количественно стойкость инструмента 59
характеризуется количеством изготовленных загото- вок или изделий за время его эксплуатации до полного износа. От 'материала, применяемого для изготовления инструмента, его твердости, прочности и качества обра- ботки в значительной степени зависит стойкость инст- румента. Применение вставок из твердого сплава вза- мен стальных позволяет повысить стойкость высадочно- го инструмента в 20—60 раз. Средняя стойкость болтовых высадочных матриц с вставками из твердого сплава достигает несколько сот тысяч штук; стойкость отрезных ножей и отрезных втулок доходит до 4 и бо- лее миллионов резов. На стойкость инструмента оказывают влияние точ- ность изготовления и настройки отрезного инструмента, от которых зависит качество отрезки заготовок. Косой срез, вмятины и заусенцы на отрезанной заготовке спо- собствуют преждевременному выходу из строя матриц и пуансонов. Существенное влияние на стойкость оказывают сте- пень деформации, число и последовательность техноло- гических операций; указанные характеристики опреде- ляются формой и размерами болтов и принятым техно- логическим процессом изготовления. Долговечность отрезного инструмента (ножей, мат- риц) из твердого сплава определяется в основном уста- лостной прочностью; инструмент выходит из строя вследствие образования усталостных трещин без изме- нений размеров вблизи рабочих поверхностей илн при незначительном их изменении. При отрезке заготовок на холодновысадочных автоматах допустимым числом резов до перешлифовки твердосплавного инструмента считается 200—500 тыс. резов (в зависимости от мате- риала и диаметра разрезаемой заготовки). Высадочные стальные матрицы выходят из строя в основном вследствие изменения их размеров сверх до- пустимых, т. е. по износу и редко из-за поломок. Вы- садочные твердосплавные матрицы выходят из строя как вследствие износа и изменения размеров по диа- метру, так и из-за выкрашивания твердого сплава, осо- бенно в канале вставки вблизи рабочего торца. При этом матрицы, армированные твердым сплавом ВК15, ВК20 н предназначенные для штамповки болтов из заготовки диаметром до 12 мм, выходят из строя в 60
основном по износу; матрицы, армированные твердым ' сплавом ВК20, ВК25 и предназначенные для штамповки болтов из заготовки диаметром до 14—16 мм, выходят " нз строя в основном из-за выкрашивания твердого сплава . н появления усталостных трещин; матрицы, армирован- . ные твердым сплавом ВК20К и предназначенные для ‘ штамповки болтов из исходной заготовки диаметром бо- лее 10 мм, выходят из строя главным образом вследствие износа. Для редуцирующей матрицы максимальный износ наблюдается на редуцирующем пояске в зонах, грани- чащих с цилиндрическими каналами, и вблизи торца матрицы. Линейный износ канала твердосплавного высадочно- го инструмента очень незначителен и после выполнения 500—800 тыс. ударов составляет до 0,04—0,06 мм. Выше уже отмечалось отрицательное влияние на . стойкость инструмента некачественной отрезки заготов- ки. Колебание ее длины и диаметра также отрицатель- : но сказывается на стойкости, Завышение диаметра за- готовки приводит к снятию смазки с поверхностного слоя, увеличению сил трения и усилий в процессе штамповки, затрудняется заталкивание заготовки в /. Канал матрицы. Занижение диаметра заготовки вызы- j вает увеличение степени деформации при высадке, -ухудшение качества отрезки, что приводит к снижению стойкости пуансонов и матриц. При недостаточной дли- : не заготовки возможно соударение пуансона и матри- цы, что может 'Привести .к их поломке; завышеиная длина может привести к появлению заусенца между ’ торцами матрицы и пуансона, вызывающего значитель- ное увеличение удельных нагрузок на инструмент. Состояние поверхности заготовки существенно влия- ет на стабильность процесса штамповки и удельные усилия на инструмент (см. главу II, п. 3). Отсутствие подсмазочиого покрытия, поверхностные дефекты иа исходной заготовке вызывают налипание металла на инструмент, появление задиров, что приводит к быст- рому выходу инструмента из строя. С повышением прочности и твердости штампуемого материала возрастают нагрузки на инструмент и сни- - жается его стойкость. Повышение содержания в металле, вредных приме- ' сей, снижающих его пластические свойства, также ока- 61
i а б л и ц a 10 ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БРАКА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ БОЛТОВ Виды брака Причины брака . Меры предупреждения и устранения его Трещины па головке Складка на головке Смещение головки относительно стержня Овальность стержня Несоответствие размеров головки требуемым Несоответствие диаметра стержня требуемому Головка расплющена При штамповке заготовки болта Низкая пластичность исходного металла. Поверхностные дефекты па металле. Не- правильная настройка подающих роликов Неправильный профиль рабочей полости предварительного пуансона. Неправиль- ная настройка инструмента предвари- тельной высадки Несносность матрицы, предварительного и окончательного пуансонов в момент вы- садки. Износ пуансонов Увеличенная овальность исходного ме- талла. Сильно прижаты подающие роли- ки. Овальность канала матрицы Недостаток млн излишек металла в от- резаемой заготовке, Недостаточная или избыточная длина части заготовки, выс- тупающей над матрицей Несоответствие диаметра канала матри- цы. Несоответствие диаметра калибро- ванного металла Застревание отломанной головки заго- товки в пуансоне Проверка качества поступающей заго- товки. Настройка роликов подачи на данный размер металла Замена пуансона. Уменьшение подачи предварительного пуансона Регулировка установки пуансонов, За- мена пуансонов Проверка качества поступающей за- готовки. Ослабление прижима пода- ющих роликов. Замена матрицы Усиление прижима подающих роли- ков (при недостатке металла), регу- лировка положения выталкивателей Замена матрицы. Проверка качества поступающей заготовки Извлечение головки и при необходи- мости замена пуансона При обрезке граней на головке болта Износ обрезного инструмента. Увеличен- Замена изношенного инструмента. Ре- Срыв кромок граней в сторону опорной поверхности, возникнове- ние заусенцев, расслоение головки Притупление углов граней ный зазор между пуансоном и матрицей. Наличие складок на головке заготовки Увеличенная эксцентричность головкн заготовки. Малый диаметр цилиндриче- ской головки заготовки, Песоосность об- резного пуансона матрицы гулировка зазора, Исключение заго- товки со складкой Исключение некачественных загото- вок, Регулировка отрезного инстру- мента Замена матрицы Перекос опорной поверхности го- ловки относительно стержня Перекос рабочей поверхности матрицы Регулировка положения выталкиватс- Утолщение конца стержня Выталкиватель настроен на более корот- кие болты. Увеличенный зазор между пуансоном и матрицей ля. Регулировка зазора При накатке резьбы Косая резьба, расслоение резьбы Перекос резьбонакятных плашек, несов- падение выступа пя подвижной плашке со впадиной на неподвижной плашке Регулировка положения плашек Исключение некачественных загото- Несоответствие среднего диаметра Несоответствие диаметра стержня под резьбы требуемому накатку требуемому. Некачественный вок. Замена инструмента, Регулиров- резьбонакатный инструмент. Неправиль- ка положения плашек Неполный профиль резьбы ная настройка плашек Малый диаметр стержня иод накатку. Исключение некачественных загото- Увеличенное расстояние между плашка- нок, Регулирование положения пла- ми шек Короткая длина резьбовой части Неправильная установка плашек Поднятие плашки до соответствующе- стержня Профильная риска вдоль резьбы Запаздывание подачи заготовки болта в го уровня Регулировка подачи. Устранение не- болта плашки. Запаздывание захвата заготовки параллельности плашек. Замена не- плашками вследствие их непараллельно- сти. Некачественное выполнение заход- подвижной плашки СО ной части неподвижной плашки
зывает отрицательное воздействие на стойкость иистру меита. Правильная установка и систематическая регули- ровка инструмента положительно сказываются на стой- кости инструмента. Техническое состояние автомата, величина зазоров в направляющих ползуна, салазках, в подшипниках влияют на точность размеров заготов- ки, а также на стабильность процесса штамповки, что в свою очередь оказывает влияние на стойкость инстру- мента. 5. ВИДЫ БРАКА ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ БОЛТОВ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА Способы предупреждения н устранения брака при изготовлении болтов приведены в табл. 10. Изготовитель болтов должен гарантировать их со- ответствие требованиям стандартов. Контроль качества изделий производится в процессе изготовления (теку- щий контроль) ,н при приемке продукции. Правила приемки крепежных изделий регламентирует ГОСТ 17769—72. При текущем контроле проверяются внеш- ний вид и размеры болтов; прн приемке — внешний вид, размеры и механические свойства. 6. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА БОЛТОВ Производство болтов развивается в направлении улучшения прочности и пластичности материала, со- вершенствования антикоррозионной защиты, технологи- ческих процессов и оборудования. Прочность болтов определяет размеры соединения и имеет тенденцию к неуклонному росту. В ближайшие годы следует ожидать постепенного вытеснения болтов с шестигранной головкой классов прочности 3.6, 4.6, 4.8, 5.8, 6.8, составляющих в специализированном про- изводстве до 90%' общего выпуска болтов, болтами классов прочности 8.8 и 10.9. Защита болтов от коррозии необходима для прод- ления сроков эксплуатации изделий н осуществляется применением антикоррозионных покрытий или материа- лов с антикоррозионными свойствами. 64
Следует ожидать расширения производства болтов как с антикоррозионным покрытием, так и из антикор- розионных материалов, В частности, в десятой пятилетке выпуск крепежа с цинковым покрытием должен составить до 20% от всего выпуска. Пластичность материала болтов значительно влияет иа надежность и долговечность соединений. Особенно велико влияние пластических свойств при эксплуатации болтов в условиях низких температур, при которых работают свыше 30% самых различных машин. Повышенные требования к пластичности материала болтов, предназначенных для работы в условиях низ- ких температур, вызывают необходимость расширения выпуска болтов с гарантированной величиной ударной вязкости как при нормальной, так и при пониженной температурах. Развитие производства болтов требует совершенст- вования технологических процессов изготовления, обору- дования и инструмента для осуществления технологии. Технологические процессы холодной штамповки развиваются в направлении расширения применения многопозиционных процессов, обеспечивающих получе- ние болтов повышенной прочности без термической обработки и безоблойных процессов высадки, освоения процессов штамповки из металла, упрочненного терми- ческой обработкой. Оборудование для холодной штамповки болтов со- вершенствуется в направлении повышения производи- тельности, расширения диапазона изготовляемых раз- меров изделий, улучшения условий труда, механизации и автоматизации процессов. Основные направления совершенствования оборудо- вания для холодной штамповки болтов могут быть све- дены к следующим: 1. Создание многопозицнониых автоматов, позволя- ющих высаживать болты с диаметром резьбы до 48 мм и длиной до 300 мм. 2. Создание участков н цехов с полностью автома- тическим циклом. 3. Увеличение выпуска автоматов-комбайнов, 4. Разделение прессов на короткоходовые (длина стержня изготовляемых болтов до 5d) с резким увели- чением производительности (до 350—600 шт/мин) и 65
длин неходовые с расширением изготовляемых длин болтов. 5. Оснащение автоматов сменными матричными блоками и освоение внестаночной настройки. 6. Оснащение автоматов устройствами для отсоса паров, шумопоглощающими, предохранительно-сигналь- ными устройствами и счетчиками изделий. 7. Повышение уровня унификации узлов и агрега- тов прессов. 7. ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СПЕЦИАЛЬНЫХ ВИДОВ БОЛТОВ К специальным видам болтов могут быть отнесены: а) высокопрочные; б) из нержавеющих сталей; в) само- когитрящиеся. Высокопрочными считают болты, имеющие ^80 кге/мм2 (классы прочности 8.8, 10.9, 12.9 и др.). Основным методом получения болтов повышенной прочности является их изготовление из ср с дне углероди- стых и легированных сталей с последующей термической обработкой (закалкой и отпуском) готовой продукции. Применяемые для холодной штамповки качественные стали имеют повышенное сопротивление деформации и для облегчения процесса штамповки исходный металл необходимо подвергать промежуточному сфероидизирую- щему отжигу (см. гл. П). Штамноаку высокопрочных болтав проводят прн ми- нимальных ходах высадочного ползуна. Наибольший диа- метр стержня болта, который возможно штамповать на данном автомате, уменьшается на 1—2 размера. Напри- мер, на автомате QPBA-161 штампуют болты из низкоуг- леродистых сталей диаметрам до 24 мм, а из легирован- ных сталей диаметром до 20 мм. При штамповке высоко- прочных болтов в связи с повышенной трудностью дефор- мирования по сравнению с изготовЛ'ением болтов из низ- коуглеродистых сталей уменьшается коэффициент ис- пользования оборудования (КИО). При разработке тех- нологического процесса холодной штамповки болтов из сталей с повышенным сопротивлением деформации нель- зя совмещать на первой позиции высадку головки с реду- цированием стержня в связи с трудностью выталкивания заготовки из матрицы. 66
Термическая обработка болтов является трудоемкой и дорогостоящей операцией. Болты после такой обработки имеют невысокую усталостную прочность. При термиче- ской обработке болтов, особенно длинных, наблюдается изгиб (искривление) стержня и искажение размеров резь- бы, в связи с этим в некоторых случаях болты подверга- ются повторной накатке. Для обеспечения хорошего качества поверхности и геометрических размеров резьбы при термической обра- ботке применяют защитные среды. В последние годы проведены исследования по разра- ботке технологии изготовления высокопрочных болтав из низкоуглеродистых сталей путем термического упрочне- ния подката. При этом исключается операция термиче- ской обработки болтов, что снижает их себестоимость. Опытные партии болтов Л1.12 из термически упрочненной с прокатного нагрева стали 20 кп, изготовленные на Дружковском метизном заводе, по прочности 'соответст- вовали требованиям классов прочности 8.8—10,9 при вы- соких пластических характеристиках. К недостаткам этого метода получения высокопрочных болтов относятся повышенные сопротивление деформации при штамповке и нагрузка на инструмент. Нержавеющие стали характеризуются интенсивным упрочнением при холодной деформации. При штамповке 'болтов из этих сталей увеличивается энергия, необходи- мая для деформации, что требует применения более мощ- ных прессов. Вследствие повыше ни ого прилипания заго- товки с инструментом и высоких нагрузок на инструмент увеличивается его износ и возрастает число поломок. Штамповка болтов из нержавеющих сталей возможна только при соответствующей подготовке поверхности ис- ходного металла (см. гл. II) и применении оптимальных смазок. Чаще всего при штамповке применяют масляные смазки на основе коллоидного графита или дисульфида молибдена с различными присадками. Штамповку болтов необходимо проводить при пони- женных скоростях, КИО при штамповке болтов из нержа- веющих сталей снижается, При свинчивании с гайкой болтов из нержавеющих сталей происходит прилипание резьбы болта и гайки, по- этому резьбу болтов изготавливают с гаоактированным зазором, т. е. с полем допуска g и е по ГОСТ 16093—70. 67
Самоконтрящиеся болты применяют для уменьшения самоотвинчиванмя резьбового соединения в процессе эксплуатации. Наибольшее распространение получили болты с зуб- чатой опорной поверхностью под головкой. Известны так- же и другие виды самоиоитрящихся болтов (с конической опорной поверхностью и .шлицами в головке, с резьбой переменного шага и др.), применяющиеся реже, Болты с зубчатой опорной поверхностью изготавливают из низко- углеродистых сталей с последующей цементацией. Бол- ты штампуют на двухударных автоматах безоблойным способом. Технологический процесс характеризуется по- вышенными нагрузками на инструмент вследствие безоб- люйной высадки шестигранной .головки с зубчатой опор- ной шайбой н повышенными требованиями к качеству ис- ходного металла. При 'изготовлении болтов с антикоррозионным покры- тием в результате нанесения покрытия размеры резьбы увеличиваются, при этом абсолютное увеличение пример- но равно четырехкратной толщине покрытия. Это увели- чение размеров компенсируется предварительным умень- шением размеров резьбы при изготовлении болтов. Со- здается гарантированный зазор, величина которого боль- ше четырехкратной толщины покрытия. Размеры диамет- ров металла под накатку резьбы приведены в ГОСТ Таблица 11 НОМИНАЛЬНЫЕ ДИАМЕТРЫ СТЕРЖНЕЙ (ММ) ПОД НАКАТЫВАНИЕ РЕЗЬБЫ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛЕЙ ДОПУСКОВ ГОСТ 19256-73) Диа- метр резь- бы, мм После допусков 6ft бе 6 d 8 h 8 g 6 5,34 5,32 5,28 5,25 5,32 5,29 8 7,18 7,15 7,12 7,08 7,15 7,12 10 9,02 8,99 8,96 8,93 8,99 8,96 12 10,86 10,83 10,80 10,76 10,82 10,78 14 .'12,70 12,66 12,63 12,60 12,66 12,62 16 14,70 14,66 14,63 14,60 14,66 14,62 18 16,38 16,34 16,30 16,27 16,34 16,29 20 18,38 18,34 18,30 18,27 18,34 18,29 22 20,38 20,34 20,30 20,27 20,34 20,29 24 22,05 22,00 21,96 21,94 22,00 21,95 27 25,05 25,00 24,96 24,94 25,00 24,95 30 27,73 27,68 27.64 27,61 27,68 27,62 68
19256—73. При возрастании толщины покрытия необхо- димо соответствующее увеличение гарантированного за- зора. Это достигается уменьшением диаметра стержня под накатывание резьбы. В табл, 11 приведены диаметры стержней под накатывание метрической резьбы с круп- ным шагом для различных .полей допусков резьб. В связи с неравномерностью распределения покрытия по длине болта при изготовлении болтов с длиной стерж- ня d необходимо увеличивать гарантированный за- зор, т. е. дополнительно .занижать размеры резьбы. Глава IV ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ ПРЕССОВЩИКА Правила техники безопасности в цехе и на рабочем месте прес- совщика устанавливаются специальными инструкциями и Правила- ми, знание и соблюдение которых периодически контролируется ад- министрацией цеха. Правила техники безопасности разделяются на общие, применимые на всех участках цеха, и специальные, действи- тельные только для данного рабочего места, Наиболее важные из общих правил следующие; 1. Необходимо содержать в чистоте рабочее место, не допускать наличия посторонних предметов в зоне обслуживания автоматов, Нельзя оставлять на стапине автомата или около нее техноло- гический и другой инструмент, который может попасть в подвиж- ные части пресса и привести к аварии и травмированию. 2. Не следует допускать загромождения проходов .посторонни- ми предметами, сырьем или готовой продукпией, а также их за- грязнения (маслом, СОЖ). 5. Следует носить и содержать спецодежду в исправном состоя- нии. 4. Во время работы оборудования прессовщик должен нахо- диться на своем рабочем месте, Не следует переходить на другой участок без разрешения руководителя. 5. При выполнении работы не по прямой специальности <(во Вре- мя простоев или ремонта пресса) необходимо ознакомиться с пра- вилами безопасного выполнения новой работы. Перед пуском пресса в работу необходимо обеспечить чистоту рабочего места и проверить готовность пресса к пуску. Запрещается: 1. Работать на оборудовании: а) при отсутствии ограждений, предусмотренных данным авто- матом, или при их неисправном состоянии; б) при неисправных тормозных, блокирующих и предохрани- тельных устройствах; 69
в) при неисправном электрооборудовании и отсутствии заземле- ния; г) при неисправном креплении технологического инструмента; д) при увеличенных зазорах в направляющих высадочного пол- зуна. Большой износ направляющих высадочного ползуна ведет к повышению несоосностн пуансонов и матриц и может вызвать по- ломку инструмента с опасными последствиями. При неисправном креплении инструмента может произойти его вылет из гнезда, по- ломка автомата и травмирование прессовщика. 2. Производить настройку и крепление инструмента во время работы механизмов или неполной их остановке. Проверка правильности установки технологического инстру- мента должна производиться по специальным меткам на инстру- менте или положению крепящих гаек п стопоров. Настройка прессов и пробная штамповка заготовок должна производиться на минимальной скорости, на одиночных ходах ав- томата. Для проверки взаимодействия механизмов и наладки инструмента leh прессах, не оснащенных микроприводом или толчковым включе- нием, должны быть установлены штурвалы или устройства для руч- ного поворота маховика. 3. Вскрывать электрооборудование автоматов. 4. Включать автомат, не убедившись в отсутствии посторонних предметов в рабочих зонах. Прессовщик может приступить к работе только после устране- ния всех недостатков. При работе на прессах-автоматах необходимо следить за ис- правным состоянием: 1) инструмента для наладки автомата; 2) пульта управления механизмами автомата (работы кнопок включения и выключения, световой сигнализации); 3) ограждений механизмов пресса, блокирующих и предохра- нительных устройств; 4) токоведущих частей электрооборудования, заземления обо- рудования; 5) тормозных устройств. При 1выполнепии ремонтных и наладочных работ необходимо применять инструмент, предназначенный для этих работ, По окончании работ рабочее место должно быть приведено в порядок, поставлены на место ограждения, восстановлены предо- хранительные устройства. Наблюдение за работой автомата следует вести либо через защитные стекла, либо при их отсутствии в защитных очках на безопасном расстоянии. Особенностью работы автоматов является наличие обильной смазки инструмента и заготовок. Недопустимо разбрызгивание СОЖ на неподвижные части оборудования и рабочую площадку; изделия должны поступать в коробку без выноса излишней смазоч- но-охлаждающей жидкости; с целью исключения травмирования за- усенцами и острыми кромками металла его задачу следует произво- дить в рукавицах, Для снижения влияния шума рекомендуется применять противошумные наушники, антифоны, «беруши» и дру- гие устройства. 70
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Производство метизов. М., «Металлургия», 1977. 391 с. с ил. Авт/. X. С. Шахпазов, И, Н. Недовизий, В. И. Ориничев и др, 2. Ригмант Б. М„ Мокринский В. И., Ицкоз Л. Я- — «Стандарты и качество», 1971, № I, с. 20—23. 2'. Ромашов А, П,, Ригмант Б, Л1„ Кохан Л. С, и др,—«Информа- ция ин-та «Черметинформация», 1973, серия 9, вып. 5, с. 37. 4. Гладких А. Н. Автоматизация холодновысадочного производства, М., Машгиз, 1963. 175 с. с ил. 5. Биллигман И, Высадка и штамповка, Пер. с нем. М., Машгиз, 1960. 467 с. с ил. 6. Холодная объемная штамповка, Справочник. М., «Машиностро- ение», 1973, 496 с. с ил. 7. Навроцкий Г, А., Миропольский Ю, А., Лебедев В, В. Техноло- гия объемной штамповки на автоматах, М., «Машиностроение», 1972. 95 с. с ил. 8. Попов В, А. Оснастка автоматизированного холодновысадочного производства, М„ «Машиностроение», 1965, 175 с. с ил. 9. Уик V. Обработка (Металлов без снятия стружки. Пер. с англ. М., «Мир», 1965, 547 с. с ил. 10. Паршин В. Г,, Васильев С. П, — Информация ин-та «Чермст- информация», 1974, серия 9, вып. 7, с. № 7. 11. Васильев С. П.— «Бюл. ин-та «Черметинформация», 1973, № 16, с. 44—45. ..12. Беккер Б. Зубок Н, Г. Эксплуатация автоматов и линий для производства крепежных изделий. М., «Машиностроение», 1969, 184 с. с ил. 13. Навроцкий Г. А, Кузнечно-штамповочные автоматы, М., «Маши- ностроение», 1965. 424 с. с ил. 14. Писаревский М. И. Накатывание точных резьб и шлицев. Л., «Машиностроение», 1973. 200 с. с ил. 15. Хомяк Б. С. Твердосплавный инструмент для холодной высадки и выдавливания, М., «Машиностроение», 1972. 200 с, с ил.
ОГЛАВЛЕНИЕ От редактора ............................................ Предисловие.............................................. ГЛАВА I. КЛАССИФИКАЦИЯ БОЛТОВ............................ 5 1. Виды болтов и типоразмеры............................ 5 2. Материал и классы прочности болтов.................... 7 ГЛАВА II. ИСХОДНАЯ ЗАГОТОВКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВ КИ БОЛ ТОВ.................................... 10 1. Требования, предъявляемые к качеству металла......... 10 2, Сортамент стали для холодной штамповки и технические требования к ней..................................... 15 3. Подготовка металла к штамповке....................... 16 ГЛАВА Ш, ИЗГОТОВЛЕНИЕ БОЛТОВ............................ 21 Г Характеристики процесса холодной штамповки............ 21 2. Технологические процессы холодной штамповки болтов . . 26 3. Оборудование для изготовления болтов................. 35 4. Инструмент для холодной штамповки болтов............. 49 5. Виды брака при изготовлении болтов и контроль качества 64 6. Направления развития производства болтов ...... 64 7. Особенности производства специальных видов болтов . . 66 ГЛАВА IV. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ ПРЕССОВЩИКА..................................... 69 Список литературы....................................... 71 ИБ № 807 Владимир Иванович МОКРИНСКИЙ ПРОИЗВОДСТВО БОЛТОВ ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКОЙ Редактор издательства А. Ф. Алехин Художественный редактор Г. А. Жег ин Технический редактор Н. Н, Аникушин Корректоры Н. И, Шефтель, В. Б. Левин, К. В. Шин Сдано в набор 20.01,78 Подписано в печать 27.04.78 Т-08774 Формат бумаги 84Х1081/з2 Бумага типографская № 2 Гарнитура литературная Печать высокая Усл. печ. л. 3,78 Уч. изд. л. 4,16 Тираж 3600 экз. Зак. 130 Цена 15 к. Изд. № 3302 Издательство «Металлургия», 119034, Москва. Г-34, 2-й Обыденский пер., д. 14 Подольский филиал ПО «Периодика» Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Мнннсров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли г. Подольск, уд. Кирова, д, 25